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RFID+传感器又有新突破：加州大学研发出“RFID测力贴纸”

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日期：2023-12-11 16:17:01

摘要：加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的一个团队开发的超薄RFID测力“贴纸”(被称为“ForceSticker”)就是其中的一个例子。这种创新的测力贴纸不仅可以用于医疗和工业情况，还可以用于仓库包装的底部，测量其重量，起到微型秤的作用。

科学创新技术不断地推动着我们的发展，加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的一个团队开发的超薄RFID测力“贴纸”(被称为“ForceSticker”)就是其中的一个例子。这种创新的测力贴纸不仅可以用于医疗和工业情况，还可以用于仓库包装的底部，测量其重量，起到微型秤的作用。

ForceSticker的开发源于两个主要组件的集成：一个只有几毫米厚、大约一粒米大小的微型电容器，以及一个商用900 MHz超高频RFID IC标签。研究人员集成了这两个组件，以便他们可以测量施加的力，并将信息无线传输到标准的RFID阅读器。

这种测力贴纸的设计灵感来源于对电容变化的敏锐观察。当施加外力时，聚合物压缩，将铜条拉得更近，从而增加电容。通过这种设计，研究人员可以根据从数学RF建模中得出的优化电容范围设计，评估传感器的转换功能，并在COMSOL中执行多物理模拟。

在ForceSticker的实际应用中，研究人员采用了两种不同的4×2毫米传感器实现，具有不同的Ecoflex聚合物层(可生物降解的铂催化的硅基聚合物)和氯丁橡胶，覆盖0至6 N和0至40 N的范围，读数误差分别为0.25 N和1.6 N。此外，他们对ForceSticker进行了超过10,000次的压力测试，没有发现任何明显的误差下降。

这种无源RFID标签使用反向散射进行电力和数据传输。它从RFID阅读器接收输入的无线电信号，通过电容器感应的电变化修改信号，然后将修改后的信号反射回阅读器，阅读器解读并将其转化为作用力。这种方法直接将传感器产生的模拟RF相位变换插入RFID标签的无线信道路径中，创建了模拟-数字反向散射链路。

在实现传感器集成的过程中，一个关键的挑战是传感器接口的设计。为了在不损失信号保真度的情况下实现传感器集成，研究人员采用了匹配阻抗共面波导的方法。此外，为了获得这种灵敏度调谐，电容器必须在零作用力下具有正确设计的“标称值”。这是由模拟这种情况的各种非线性方程确定的，并考虑了传输线的阻抗和反射系数。

在模拟电容传感器与数字识别RFID的接口时，研究人员通过将传感器插入天线和与两者并联的RFID IC之间来实现。然而，研究人员指出，存在两种所谓的“退化”解决方案(意味着至少一个基本变量为零)。其中一种解决方案假设所有相位变化都直接从传感器反射，没有信号到达RFID模块。而另一种解决方案则假设传感器的容性转换实际工作模式。这两种解决方案都为该技术的进一步优化提供了指导。

总的来说，加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的这个团队已经通过开发ForceSticker这一创新的测力贴纸展示了工程突破的可能性。通过集成微型电容器和商用RFID IC标签，他们创造了一种能够测量施加的力并将信息无线传输的设备。

这种技术不仅具有在医疗和工业领域应用的潜力，而且还可以用于仓库包装的底部测量其重量。通过持续研究和创新，我们有理由相信未来会有更多这样的突破来改善我们的生活和工作。