Stiker pengukuran kekuatan RFID mendefinisikan kembali pengukuran yang tepat

Setiap dua benda yang bersentuhan akan memberikan gaya tertentu satu sama lain, yang mungkin disebabkan oleh gravitasi atau kontak mekanis, seperti berat benda pada platform atau kontak dua tulang pada sendi lutut manusia. Untuk mengukur gaya ini dengan lebih efektif dan nyaman, tim peneliti di Universitas California, San Diego mengembangkan "stiker" pengukuran gaya RFID ultra-tipis. untuk membantu mengukur fenomena ini.

ForceSticker dikembangkan dari integrasi dua komponen utama: kapasitor kecil yang tebalnya hanya beberapa milimeter dan seukuran sebutir beras, dan tag RFID frekuensi ultra-tinggi komersial 900MHz. Para peneliti mengintegrasikan kedua komponen tersebut sehingga mereka dapat mengukur gaya yang diterapkan dan mengirimkan informasi secara nirkabel ke Pembaca RFID standar.

Lapisan tipis polimer fleksibel ditempatkan di antara dua strip tembaga konduktif pada kapasitor untuk membentuk kapasitor. Ketika gaya eksternal bekerja pada polimer, polimer akan terkompresi, menyebabkan strip tembaga bergerak semakin berdekatan, sehingga meningkatkan muatan di dalam kapasitor.

Desain stiker pengukur gaya ini terinspirasi oleh pengamatan yang cermat terhadap perubahan kapasitansi. Ketika gaya eksternal diterapkan, polimer akan terkompresi, menarik strip tembaga lebih dekat satu sama lain, sehingga meningkatkan kapasitansi. Dengan desain ini, peneliti dapat mengevaluasi kemampuan peralihan sensor berdasarkan desain rentang kapasitansi yang dioptimalkan yang berasal dari pemodelan RF matematis dan melakukan simulasi multifisika di COMSOL.

Dalam penerapan ForceSticker yang sebenarnya, para peneliti menggunakan dua implementasi sensor 4×2 mm yang berbeda dengan lapisan polimer Ecoflex yang berbeda (polimer berbasis silikon yang dikatalisis platinum yang dapat terbiodegradasi) dan neoprena yang mencakup rentang 0 hingga 6 N dan 0 hingga 40 N. kesalahan pembacaan masing-masing adalah 0,25 N dan 1,6 N. Selain itu, mereka menguji ForceSticker lebih dari 10.000 kali dan tidak menemukan pengurangan kesalahan yang signifikan.

Tag RFID pasif ini menggunakan hamburan balik untuk transmisi daya dan data. Ia menerima sinyal radio yang masuk dari pembaca RFID, memodifikasi sinyal melalui perubahan listrik yang disebabkan oleh kapasitor, dan kemudian mencerminkan sinyal yang dimodifikasi kembali ke pembaca RFID, yang menafsirkan dan mengubahnya menjadi kekuatan. Metode ini secara langsung memasukkan transformasi fase RF analog yang dihasilkan oleh sensor ke dalam jalur saluran nirkabel dari Tag elektronik RFID, menciptakan tautan hamburan balik analog-ke-digital.

Dalam proses mencapai integrasi sensor, tantangan utamanya adalah desain antarmuka sensor. Untuk mengaktifkan integrasi sensor tanpa kehilangan fidelitas sinyal, para peneliti menggunakan pendekatan pandu gelombang koplanar dengan impedansi yang sesuai. Selain itu, untuk mendapatkan penyetelan sensitivitas ini, kapasitor harus memiliki "nilai nominal" pada gaya nol. Hal ini ditentukan oleh berbagai persamaan nonlinier yang memodelkan situasi ini, dengan mempertimbangkan impedansi dan koefisien refleksi saluran transmisi.

Saat mensimulasikan antarmuka antara sensor kapasitif dan identifikasi digital RFID, para peneliti melakukannya dengan memasukkan sensor antara antena dan tag RFID secara paralel dengan keduanya. Namun, para peneliti mencatat bahwa ada dua hal yang disebut "merosot" solusi (artinya setidaknya satu variabel fundamental adalah nol). Salah satu solusinya mengasumsikan bahwa semua perubahan fasa dipantulkan langsung dari sensor dan tidak ada sinyal yang mencapai Modul RFID. Solusi lain mengasumsikan bahwa mode peralihan kapasitif sensor benar-benar beroperasi. Kedua solusi tersebut memberikan panduan untuk optimalisasi teknologi lebih lanjut.

Secara keseluruhan, tim di Universitas California, San Diego (UCSD) ini telah menunjukkan apa yang mungkin dilakukan dalam terobosan teknik dengan mengembangkan ForceSticker, sebuah stiker pengukur gaya yang inovatif. Dengan mengintegrasikan mikrokapasitor dan tag RFID komersial, mereka menciptakan perangkat yang mengukur gaya yang diterapkan dan mengirimkan informasi secara nirkabel.

"Manusia dilahirkan dengan kemampuan bawaan untuk merasakan kekuatan," Dinesh Bharadia, seorang profesor di Fakultas Teknik UC San Diego, mengatakan dalam sebuah pernyataan dari sekolah tersebut. "Hal ini memberi kita kemampuan untuk berinteraksi secara lancar dengan lingkungan sekitar dan memungkinkan dokter melakukan prosedur bedah yang rumit. .Membawa kemampuan untuk merasakan kekuatan ke dalam perangkat elektronik dan implan medis dapat merevolusi banyak industri.”

Dan teknologi ini tidak hanya berpotensi untuk aplikasi medis dan industri, tetapi juga dapat digunakan untuk mengukur berat bagian bawah paket gudang. Melalui penelitian dan inovasi yang berkelanjutanasi, kami punya alasan untuk percaya bahwa akan ada lebih banyak terobosan seperti ini untuk meningkatkan kehidupan dan pekerjaan kami di masa depan.