Els adhesius de mesura de força RFID redefineixen la mesura precisa

Dos objectes qualsevol en contacte exerciran una certa força l'un sobre l'altre, que pot ser degut a la gravetat o al contacte mecànic, com ara el pes de l'objecte a la plataforma o el contacte de dos ossos a l'articulació del genoll humà. Per mesurar aquesta força de manera més eficaç i còmoda, un equip d'investigació de la Universitat de Califòrnia, San Diego, va desenvolupar un "adhesiu" de mesura de força RFID ultra prim; per ajudar a mesurar aquests fenòmens.

ForceSticker es va desenvolupar a partir de la integració de dos components principals: un petit condensador d'uns pocs mil·límetres de gruix i de la mida d'un gra d'arròs, i una Etiqueta RFID comercial d'ultra alta freqüència de 900 MHz. Els investigadors van integrar els dos components perquè poguessin mesurar la força aplicada i transmetre sense fil la informació a un Lector RFID estàndard.

Es col·loca una fina capa de polímer flexible entre dues tires conductores de coure del condensador per formar el condensador. Quan una força externa actua sobre el polímer, aquest es comprimeix, fent que les tires de coure s'apropin, augmentant la càrrega dins del condensador.

El disseny d'aquest adhesiu de mesura de força es va inspirar en l'observació atenta dels canvis en la capacitat. Quan s'aplica una força externa, el polímer es comprimeix, apropant les tires de coure, augmentant així la capacitat. Amb aquest disseny, els investigadors poden avaluar les capacitats de commutació del sensor basant-se en un disseny de rang de capacitat optimitzat derivat del modelatge matemàtic de RF i realitzar simulacions multifísiques a COMSOL.

En l'aplicació real del ForceSticker, els investigadors van utilitzar dues implementacions diferents de sensors de 4 × 2 mm amb diferents capes de polímer Ecoflex (un polímer biodegradable a base de silici catalitzat per platí) i neoprè que cobreix rangs de 0 a 6 N i de 0 a 40 N. els errors de lectura són de 0,25 N i 1,6 N respectivament. A més, van provar el ForceSticker més de 10.000 vegades i no van trobar cap reducció significativa d'errors.

Aquesta etiqueta RFID passiva utilitza retrodispersió per a la transmissió d'energia i dades. Rep el senyal de ràdio entrant del lector RFID, modifica el senyal mitjançant canvis elèctrics induïts pel condensador i després reflecteix el senyal modificat al lector RFID, que l'interpreta i el converteix en força. Aquest mètode insereix directament la transformació de fase analògica de RF generada pel sensor a la ruta del canal sense fil de l'etiqueta electrònica RFID, creant un enllaç de retrodispersió analògic a digital.

En el procés d'aconseguir la integració del sensor, un repte clau és el disseny de la interfície del sensor. Per permetre la integració del sensor sense perdre la fidelitat del senyal, els investigadors van utilitzar un enfocament de guia d'ona coplanar d'impedància coincident. A més, per tal d'obtenir aquesta sintonia de sensibilitat, el condensador ha de tenir un "valor nominal" amb força zero. Això ve determinat per diverses equacions no lineals que modelen aquesta situació, tenint en compte la impedància i el coeficient de reflexió de la línia de transmissió.

Quan van simular la interfície entre sensors capacitius i RFID d'identificació digital, els investigadors ho van fer inserint el sensor entre una antena i una etiqueta RFID en paral·lel amb els dos. Tanmateix, els investigadors assenyalen que hi ha dos anomenats "degenerats"; solucions (és a dir, almenys una variable fonamental és zero). Una de les solucions suposa que tots els canvis de fase es reflecteixen directament des del sensor i cap senyal arriba al Mòdul RFID. Una altra solució suposa que el mode de commutació capacitiva del sensor funciona realment. Ambdues solucions proporcionen orientació per a una millor optimització de la tecnologia.

En general, aquest equip de la Universitat de Califòrnia, San Diego (UCSD) ha demostrat què és possible en els avenços de l'Enginyeria desenvolupant el ForceSticker, un adhesiu innovador de mesura de força. Mitjançant la integració de microcapacitors i etiquetes RFID comercials, van crear un dispositiu que mesura la força aplicada i transmet la informació sense fils.

"Els humans neixen amb una capacitat inherent de sentir la força" Dinesh Bharadia, professor de l'Escola d'Enginyeria de la UC San Diego, va dir en un comunicat de l'escola. "Això ens dóna la capacitat d'interactuar perfectament amb el nostre entorn i permet als metges realitzar procediments quirúrgics delicats. .Aportar aquesta capacitat de detectar forces en dispositius electrònics i implants mèdics podria revolucionar moltes indústries."

I aquesta tecnologia no només té el potencial per a aplicacions mèdiques i industrials, sinó que també es pot utilitzar per mesurar el pes del fons dels paquets del magatzem. A través de la investigació contínua i la innovacióció, tenim motius per creure que hi haurà més avenços com aquest per millorar les nostres vides i treballar en el futur.