目前，许多零售商和制造商正在使用RFID或射频识别标签跟踪他们的产品。通常，这些标签以纸质标签的形式出现，配备有简单的天线和存储芯片。当贴在牛奶盒或夹克衣领上时，RFID标签充当智能签名，向射频读取器传送关于给定产品的身份，状态或位置的信息。
除了密切关注整个供应链中的产品外，RFID标签还用于追踪从赌场筹码和牛到游乐园游客和马拉松运动员的所有内容。
麻省理工学院的Auto-ID实验室长期以来一直处于开发RFID技术的最前沿。现在，这一组的工程师正在将技术转向新功能：传感。他们开发了一种新的超高频或UHF RFID标签传感器配置，可检测葡萄糖峰值并无线传输此信息。在未来，该团队计划定制标签以检测环境中的化学物质和气体，例如一氧化碳。
麻省理工学院机械工程系的研究生Sai Nithin Reddy Kantareddy表示：“人们正在寻求更多应用，如感应，以从现有的RFID基础设施中获得更多价值。” “想象一下，创建数以千计这些便宜的RFID标签传感器，您可以将它们贴在基础设施或周围物体的墙壁上，以检测一氧化碳或氨等常见气体，而无需额外的电池。您可以将它们廉价地部署在巨大的网络。”
Kantareddy与该集团的研究科学家Rahul Bhattacharya以及机械工程的Fred Fort Flowers和Daniel Fort Flowers教授以及麻省理工学院开放式学习副总裁Sanjay Sarma开发了传感器。研究人员在IEEE国际RFID会议上介绍了他们的设计，他们的结果本周在网上发布。
“RFID是最便宜，功耗最低的RF通信协议，”Sarma说。“当可以通过标签中的技巧部署通用RFID芯片来感知真实世界时，真正的普遍感知可以成为现实。”
混乱的波浪
目前，RFID标签有多种配置，包括电池辅助和“被动”品种。两种类型的标签都包含一个小天线，通过反向散射RF信号与远程阅读器通信，向其发送一个简单的代码或存储在标签的小型集成芯片中的数据集。电池辅助标签包括为该芯片供电的小型电池。无源RFID标签设计用于从读取器本身获取能量，其自然地在FCC限制内发射足够的无线电波以为标签的存储器芯片供电并接收反射信号。
最近，研究人员一直在试验将无源RFID标签转换为传感器的方法，这些传感器可以在很长一段时间内运行而无需电池或更换。这些努力通常集中于操纵标签的天线，以这样的方式对其进行设计，使得其电特性响应于环境中的某些刺激而改变。结果，天线应该以特征不同的频率或信号强度将无线电波反射回读取器，表明已经检测到某些刺激。
例如，Sarma的团队之前设计了一种RFID标签天线，它可以改变无线电波响应土壤中水分含量的方式。该团队还制作了一个天线，用于感知流过RFID标签的血液中的贫血迹象。
但Kantareddy表示，这种以天线为中心的设计存在一些缺点，主要是“多径干扰”，这是一种混淆效应，即使来自RFID阅读器或天线等单一来源的无线电波也能反射出多个表面。
“根据环境的不同，无线电波会在墙壁和物体反射之前从墙壁和物体上反射，从而干扰并产生噪音，”Kantareddy说。“使用基于天线的传感器，你会有更多机会得到假阳性或阴性，这意味着传感器会告诉你它感觉到的东西，即使它没有，因为它受到无线电场干扰的影响。所以它使天线基于感应的可靠性稍差。“
小打小闹
Sarma的小组采用了一种新的方法：他们尝试定制其内存芯片，而不是操纵标签的天线。他们购买了现成的集成芯片，旨在在两种不同的电源模式之间切换：基于射频能量的模式，类似于完全无源的RFID; 和局部能量辅助模式，例如来自外部电池或电容器，类似于半无源RFID标签。
该团队使用标准射频天线将每个芯片制作成RFID标签。在一个关键步骤中，研究人员在存储芯片周围构建了一个简单的电路，使芯片只有在感知到某种刺激时才能切换到局部能量辅助模式。当处于这种辅助模式(商业上称为电池辅助被动模式或BAP)时，芯片发出新的协议代码，不同于它在被动模式下发送的正常代码。然后，读者可以将该新代码解释为已经检测到感兴趣的刺激的信号。
Kantareddy表示，这种基于芯片的设计可以创建比基于天线的设计更可靠的RFID传感器，因为它基本上分离了标签的传感和通信功能。在基于天线的传感器中，存储数据的芯片和传输数据的天线都依赖于环境中反射的无线电波。采用这种新设计，芯片不必依赖于混杂的无线电波来感知某些东西。
“我们希望数据的可靠性会增加，”Kantareddy说。“无论何时感知，都会有一个新的协议代码以及增加的信号强度，并且当标签感知到感知时，您混淆的可能性更小。”
“这种方法很有意思，因为它也解决了信息过载的问题，可能与环境中的大量标签有关，”Bhattacharyya说。“不必经常通过短距离无源标签解析信息流，RFID读取器可以放置得足够远，以便只传达重要事件，并且需要进行处理。”
“即插即用”传感器
作为示范，研究人员开发了一种RFID葡萄糖传感器。他们建立了商业上可获得的葡萄糖感应电极，其中充满了电解质葡萄糖氧化酶。当电解质与葡萄糖相互作用时，电极产生电荷，充当局部能量源或电池。
研究人员将这些电极连接到RFID标签的存储芯片和电路上。当他们向每个电极添加葡萄糖时，产生的电荷导致芯片从其无源RF功率模式切换到本地电荷辅助功率模式。他们添加的葡萄糖越多，芯片在这种二次功率模式下停留的时间就越长。
Kantareddy说，感知这种新的功率模式的读者可以将其解释为葡萄糖存在的信号。读者可以通过测量芯片保持电池辅助模式的时间来潜在地确定葡萄糖的量：在该模式中保留的时间越长，必须存在的葡萄糖越多。
虽然该团队的传感器能够检测葡萄糖，但其性能低于市售的葡萄糖传感器。Kantareddy说，目标不一定是开发RFID葡萄糖传感器，而是为了表明该组的设计可以被操纵以比基于天线的传感器更可靠地感知某些东西。
“通过我们的设计，数据更加可靠，”Kantareddy说。
设计也更有效。标签可以被动地运行在从附近读取器反射的RF能量上，直到感兴趣的刺激出现。刺激本身产生电荷，为标签的芯片供电，向读卡器发送警报代码。因此，感测动作产生额外的功率来为集成芯片供电。
“由于你从射频和电极获得能量，这会增加你的通信范围，”Kantareddy说。“通过这种设计，您的读者可以在10米外，而不是1或2.这可以减少读者的数量和成本，例如，设施需要。”
展望未来，他计划开发一种RFID一氧化碳传感器，将他的设计与不同类型的电极相结合，这些电极设计用于在气体存在下产生电荷。
“对于基于天线的设计，您必须为特定应用设计特定的天线，”Kantareddy说。“有了我们的产品，您可以使用这些商用电极进行即插即用，这使得整个产品可以扩展。然后您可以在家中或在可以监控锅炉，气体容器或管道的设施中部署数百或数千个电极。 “