Dall’Rfid all’Rfid chipless

La tecnologia Rfid (Radio Frequency Identification) ha avuto enorme successo grazie alla caratteristica di essere una tecnica di identificazione senza contatto. Opposta ad altre tecniche come quella dei codice a barre, le possibilità dei Rfid sono notevolmente superiori in quanto la tecnologia Rfid consente di automatizzare in maniera molto più versatile il processo di identificazione. Per esempio una carta di fidelizzazione formato carta di credito con codice a barre deve essere necessariamente estratta dal portafoglio e dato alla cassiera che a sua volta lo deve far leggere dallo scanner di codice a barre. Una medesima tessera dotata di Rfid può essere letta al semplice passaggio del possessore della tessera davanti alla cassa, senza alcuna estrazione dal portafoglio del possessore e relativa consegna alla cassiera. Si tratta della medesima innovazione che ha consentito di realizzare i badge Rfid per l’accesso agli impianti sciistici sostitutivi di quelli a lettura di codice a barre. Ovviamente il codice a barre, rispetto a un Rfid costa infinitamente meno, considerando che si tratta di una banale scrittura su carta o plastica o qualsiasi altro materiale. Ove il costo, ovviamente considerando gli elevati volumi, è un fattore critico per un prodotto, allora la scelta tra una identificazione tramite codice a barre e Rfid può essere a favore del codice a barre, malgrado i pregi del Rfid. I chipless Rfid sono una soluzione emergente che potrebbe far pendere la bilancia della scelta completamente a favore della tecnologia Rfid e considerare questa come una tecnologia universale di identificazione.

Dal Rfid convenzionale al chipless Rfid Tag
I Rfid sono stati sviluppati e commercializzati per soddisfare un’esigenza crescente di scambio dati e di identificazione su distanze piccole e possibilmente in condizioni poco impegnative dal punto di vista dei consumi di potenza elettrica. Un’importante evoluzione dei Rfid, che ha trovato una interessante piattaforma applicativa negli smartphone, sono stati i cosiddetti Near-Field Communication Tag. Questi dispositivi sono diventati addirittura dominanti nel campo applicativo proprio per la alcuni aspetti di efficienza e di integrazione che i TagRfid classici non avevano. Comunque i Rfid classici e i Nfc necessitano della microelettronica per essere realizzati e quindi sono caratterizzati da costi e dimensioni non sempre compatibili con i requisiti applicativi. Inoltre c’è il problema dell’antenna e dell’alimentazione che rendono la tecnologia di prossimità comunque critica, malgrado la grande diffusione che comunque ha avuto. In particolare, per il consumo energetico sono state esplorate varie soluzioni, tra cui l’harvesting e la passività circuitale, entrambe comunque non completamente soddisfacenti a livello applicativo. In particolare l’harvesting non ha avuto ancora una soluzione definitiva, anche perché comunque l’harvesting è costosa sia in termini economici (comunque implica un maggior costo del dispositivo, sia in termini dimensionali, in quanto è altra elettronica che va ad aggiungersi a quella di controllo già presente nel Tag Rfid. I chipless Rfid Tag sono nati per colmare questa carenza applicativa dei Rfid sfruttando il principio base dell’Rfid, cioè la connettività e funzionalità a breve distanza, senza utilizzare l’elettronica e le antenne per implementare le funzionalità di identificazione radio. I chipless Rfid hanno colmato una mancanza si soluzione applicativa dei Rfid e dei Nfc in categorie applicative con requisiti stringenti di natura embedded. I primi chipless Rfid Tag avevano la capacità di memorizzazione di un solo bit, certamente molto limitata, ma sicuramente molto efficace in applicazioni di identificazione logica piuttosto che numerica (per esempio per identificare la presenza di un oggetto, indipendentemente dalla sua natura (per esempio identificare gli oggetti soggetti a furto oppure a spostamento in contesti pubblici). Comunque presto sono stati realizzati chipless Rfid Tag multibit che hanno consentito l’applicazione in alternativa agli Rfid ed Nfc, sia al noto codice a barre.
I chipless Rfid risolvono molteplici problemi applicativi e allo stesso tempo rappresentano la tecnologia abilitante di nuove applicazioni come per esempio i sensori chipless.

Arrivano i chipless Rfid
I trasponder Rfid che non contengono elettronica (microchip) si chiamano chipless Rfid Tag. A differenza dei Rfid che utilizzano circuiti elettronici per realizzare sia la componente di comunicazione sia quella di memorizzazione delle informazioni oggetto di identificazione, i chipless Rfid Tag, non prevedendo per la loro realizzazione alcun componente elettronico per svolgere la funzionalità Rfid, incluso il protocollo di comunicazione e risultano tanto semplici da realizzare quanto i codici a barre. Infatti, se per stampare un codice a barre si utilizza inchiostro tradizionale, per i chipless IC si utilizza inchiostro conduttivo con proprietà risonanti e una stampante a getto di inchiostro. Le varie tipologie di Rfid (Magnetic, Uhf, Nfc, ecc.) richiedono per la realizzazione del Tag tecniche di scatter modulation per incorporare le informazioni da scambiare con il lettore Rfid, quindi è necessario integrare una certa quantità di elettronica In tal modo il Tag Rfid è in definitiva un chip. Ciò implica una componente di costo significativa oltre ad altre componenti che incidono sulla applicabilità, come per esempio il costo, le dimensioni e le caratteristiche di potenza tipiche di un circuito integrato. Il costo del chip Rfid è dovuto principalmente alla realizzazione di un Asic che implementa tutte le funzionalità necessarie. I chipless Rfid Tag utilizzano la proprietà di risonanza delle strutture metalliche e non utilizzano alcun circuito elettronico per codificare l’informazione oggetto della identificazione. La codifica dell’informazione sta nella struttura del materiale utilizzato per la realizzazione del Rfid senza chip.

Tecniche per la realizzazione di chipless Rfid Tag

Esistono due tecniche fondamentali per la realizzazione dei chipless Rfid Tag, una che utilizza la riflettometria nel dominio del tempo, l’altra quella della firma frequenziale. La riflettometria utilizza l’impulso come rivelatore della codifica attraverso i riflessi dell’impulso generati dalla struttura del chipless Rfid Tag catturati dal ricevitore (interrogatore). Nel caso della firma frequenziale vengono utilizzate onde sinusoidali a varia frequenza (per esempio chip per eseguire la scansione continua dello spazio frequenziale) ottenendo di ritorno le riflessioni (risonanze) delle frequenze codificate nel materiale. Utilizzando materiali risuonatori e allo stesso tempo materiali assorbitori (non risonanti) si ottiene la codifica dell’informazione a cui il Rfid chipless deve rispondere, quindi l’informazione oggetto di identificazione. I chipless Rfid Tag non necessitano dunque del silicio per la loro realizzazione e produzione e si realizzano attraverso sequenze di materiali che, depositati su una superficie, codificano l’informazione da identificare. Quindi, un chipless Rfid Tag può essere stampato direttamente sul prodotto che deve essere identificato da un lettore di chiples Rfid Tag. I Tag chipless Rfid non contengono elettronica (chip) e di conseguenza memorizzano le informazioni nel materiale stesso (per esempio quello magnetico. La sfida tecnologica in questo caso è relativa alla densità di informazione codificabile con il materiale risonante. I Chipless Rfid Tag sono in fase iniziale di produzione, ma nei prossimi dieci anni il mercato di tali dispositivi è previsto che crescerà molto rapidamente. Una tipologia di chipless Rfid Tag sono quelli cosiddetti Saw (Surface acoustic wave). Questi sono compatibili con gli attuali Rfid a 2.45 GHz e consentono di codificare fino a 96 bit. Questa tipologia di chipless Rfid Tag non è particolarmente competitiva in termini di costo con quella Rfid passiva (senza alimentazione ma con chip on board) a causa della natura del processo litografico abbastanza sofisticato e costoso. Più interessanti sono invece gli sviluppi dei chipless Rfid Tag stampabili, in quanto questo processo è molto più semplice ed economico, e anche di più pratica ed efficace applicazione. In questo caso si possono utilizzare praticamente tutti i tipi di substrato per stampare i Tag, inclusa la carta. La tecnologia più adatta alla stampa sembra essere quella elettromagnetica.

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