Dispositivos RFID UHF sem bateria prometem IoT industrial mais enxuta

A dramática expansão das aplicações IoT já está levantando alguns problemas relacionadas às baterias que alimentam os dispositivos IoT.
O mercado combinado de IoT para consumidores e indústrias deve chegar a US $ 11,1 trilhões até 2025, de acordo com um relatório de 2020 de pesquisadores da Prudour. A dramática expansão dos aplicativos IoT já está levantando alguns problemas relacionados às baterias que alimentam os dispositivos IoT - não apenas em termos de sustentabilidade e proteção ambiental, mas também de uma perspectiva de previsão e custo. Os desenvolvedores da Indústria 4.0 estão, portanto, procurando habilitar soluções sem bateria. É aí que as tecnologias UHF RFID, como a abordagem adotada pela RAIN RFID Alliance, entram em jogo.

RAIN é uma aliança da indústria, muito parecida com a Bluetooth SIG e Wi-Fi Alliance, e uma tecnologia. Conforme descrito no site da aliança, o acrônimo RAIN (para RAdio-Frequency IdentificatioN) "tem a intenção de ser um aceno para o link entre UHF RFID e a nuvem, onde os dados baseados em RFID podem ser armazenados, gerenciados e compartilhados através da Internet. Uma solução RAIN RFID usa um leitor para ler e escrever um item etiquetado, gerenciar os dados e agir. ” A adesão à aliança está aberta a qualquer organização que tenha interesse em RFID UHF passivo.

Os sistemas de manufatura de hoje usam os dados armazenados em etiquetas RFID para permitir produtos personalizados mais flexíveis e eficientes. A aplicação da tecnologia RFID no chão de fábrica levou a níveis muito mais altos de automação e padronização e contribuiu amplamente para os processos “enxutos” da moderna cadeia de suprimentos. Em comparação com as tecnologias de identificação estabelecidas, como etiquetas ativas e códigos de barras, as etiquetas RFID passivas não precisam de sua própria fonte de alimentação e não requerem uma linha de visão para operar.

Por ser uma tecnologia emergente, muito poucos interessados ​​hoje são capazes de oferecer soluções que transformam chips RFID passivos em dispositivos de detecção inteligentes necessários para RAIN RFID. Essas famílias IC podem medir parâmetros como temperatura, umidade, movimento, luz ambiente, continuidade elétrica e maleabilidade do material de forma completamente passiva, sem a necessidade de componentes adicionais, e podem transmitir os dados adquiridos para um leitor RAIN RFID convencional em intervalos de 5 a 10 metros .

Nenhum HW / SW especial necessário

A transferência de dados do chip para o leitor leva apenas alguns milissegundos e é totalmente compatível com o protocolo EPC Gen2 atual. A vantagem para o usuário é que nenhum hardware ou software especial é necessário para adquirir e processar os valores medidos. Os leitores atualmente disponíveis no mercado podem capturar e interpretar os dados do chip e encaminhá-los para sistemas de nível superior. Ao integrar tags com base no chip em um aplicativo de logística, por exemplo, o ID do ativo e o número EPC podem ser capturados junto com os dados do sensor.

Inlays são conversíveis em vários formatos de transponder, de etiquetas flexíveis a etiquetas rígidas. Uma versão clássica do pacote, como QFN com sensor integrado IC, é adequada para uso mesmo em ambientes hostis.

Comparação de tecnologias de comunicação usadas para Indústria 4.0 (Fonte:Asygn)

Aplicativos de manutenção preditiva

Espera-se que o mercado global de sensores RFID sem bateria se expanda a uma taxa composta de crescimento anual de 13,3%, atingindo US $ 2.099 milhões em 2030, graças aos avanços na tecnologia sem bateria, bem como uma maior ênfase nas atividades de pesquisa e desenvolvimento, de acordo com Prudour.

Os CIs de sensores já estão sendo usados ​​em muitos casos industriais - por exemplo, na detecção de distorção de tubos - nos quais as soluções de sensores tradicionais baseadas em medidores de tensão eram anteriormente necessárias ou para os quais simplesmente não havia solução adequada.

Normalmente, um medidor de tensão padrão requer circuitos de condicionamento de sinal, conversores analógico-digital e dispositivos de comunicação para transferir ou fornecer os dados para um PC. Agora, todos os componentes necessários podem ser combinados em um chip e a comunicação é possível via RFID UHF. Nem baterias nem sensores externos são necessários.

Um amplo caso de uso geral é a manutenção preditiva, que pode antecipar o desgaste ou quebras, permitir que os técnicos de manutenção se concentrem nas questões-chave e gerar grandes quantidades de dados para construir modelos preditivos. Superestruturas de metal, como pontes e grandes edifícios, são excelentes candidatos para essa tecnologia; as equipes podem fazer os reparos antes que ocorram falhas catastróficas que incorreriam em penalidades, exigiriam reparos caros ou, no pior dos casos, resultariam em ferimentos. A incorporação de sensores de energia livre em blocos de concreto no momento de sua fabricação permitiria acesso em tempo real a parâmetros críticos, como temperatura ou umidade, permitindo que construtores, gerentes de edifícios e usuários de edifícios monitorassem as estruturas ao longo do tempo, trazendo tranquilidade para essas partes interessadas.

Os fabricantes de equipamentos industriais pesados ​​também estão interessados ​​em usar a tecnologia para aplicações como detecção de superaquecimento em pás de turbinas em aplicações de energia hidrelétrica ou eólica. Sensores de pressão também podem ser usados ​​em botijões de gás industriais para evitar explosões ou incêndios. Ainda outro caso emergente é incorporar chips em elastômeros, por exemplo, para permitir que o peso ou carga do veículo seja medido por meio de sensores de pressão embutidos nos pneus.

Incorporar sensores de potência livre no concreto permitiria acesso em tempo real a parâmetros críticos para que as estruturas pudessem ser monitoradas ao longo do tempo. (Fonte:Asygn)

Além dos aplicativos industriais, os desenvolvedores têm como alvo casos de uso na agricultura e na saúde. Drones incorporados com leitores podem monitorar temperatura, umidade e condições de luz em estufas e campos abertos. O gado equipado com brincos pode ser rastreado no campo e sua temperatura corporal pode ser monitorada para detectar doenças. E, ao incorporar sensores RFID em dispositivos protéticos, a tensão ou o desvio de temperatura podem revelar defeitos de modo que os técnicos possam ajudar os pacientes reparando ou substituindo uma prótese com defeito antes que ela cause um problema.

A indústria já aceitou totalmente a IoT. A tarefa agora é tornar as soluções da Indústria 4.0 mais enxutas e eficientes para maximizar o ROI, e as tecnologias UHF RFID sem bateria estão mostrando o caminho.

—Frédéric Maricourt é diretor de vendas da Asygn.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times Europe.