Pięć dekad technologii RFID

Pięć dekad technologii RFID Etisoft

Rosnąca popularność etykiet RFID sprawiła, że coraz częściej po tę formę identyfikacji różnych produktów sięgają przedsiębiorstwa z branży produkcyjnej, logistycznej czy handlowej. Zastępując popularne wcześniej kody kreskowe, identyfikacja przy użyciu technologii RFID oferuje więcej korzyści na różnych etapach łańcucha dostaw, w magazynach czy bezpośrednio na hali produkcyjnej.

Technologia RFID (radio-frequency identification) jest jedną z metod automatycznej identyfikacji różnych elementów, a także osób. Celem stosowania tego typu rozwiązań jest przede wszystkim rejestrowanie i śledzenie przepływu materiałów, podzespołów czy gotowych wyrobów w różnych obszarach funkcjonowania przedsiębiorstwa (m.in. w magazynach czy na hali produkcyjnej). 

Prowadzenie sprawnej ewidencji ułatwia i przyspiesza wszelkie procesy logistyczne (w tym intralogistyczne). Jednocześnie minimalizuje ryzyko wystąpienia błędów w obrocie wspomnianymi wyżej elementami.

Co istotne – szczególnie w przypadku obrotu towarami z zewnętrznymi podmiotami – stosowane systemy identyfikacyjne powinny być ustandaryzowane. Dzięki temu zawarte w nich informacje są zrozumiałe dla wszystkich uczestników w dowolnym miejscu łańcucha dostaw. 

Obecnie najczęściej stosowanymi nośnikami informacji, które pozwalają identyfikować towary, są kody kreskowe i tagi RFID. To drugie rozwiązanie, które w tym roku świętuje swoje 50-lecie, zapewnia jednak lepszą efektywność odczytu danych. I, co również istotne, może być stosowane w miejscach, w których użycie kodów kreskowych byłoby niemożliwe.

50 lat minęło

Choć oficjalnie za datę „narodzin” technologii RFID uznaje się 1973 r., pierwsze prace nad systemami identyfikacji radiowej sięgają co najmniej lat 40. minionego wieku. Za prekursora tej technologii uznaje się np. system IFF (identification, friend or foe), który podczas II wojny światowej wykorzystywano do identyfikacji samolotów.
 
Swoją cegiełkę do wynalezienia technologii RFID wniósł również rosyjski naukowiec Leon Theremin. Urządzenie podsłuchowe jego autorstwa retransmitowało padające fale radiowe z dodatkowymi informacjami dźwiękowymi. Można uznać je za jednego prekursorów znaczników RFID, ponieważ było to urządzenie pasywne, zasilane i aktywowane przez fale z zewnętrznego źródła. 

Innym ważnym krokiem były praca Harry’ego Stockmana z 1948 r. na temat pasywnych systemów identyfikacji radiowej, a także stworzony przez niego układ przekaźnikowy zasilany polem elektromagnetycznym odbieranego sygnału.

W kolejnych dwóch dekadach naukowcy z wielu różnych państw (USA, Japonia, państwa europejskie) przeprowadzili badania nad wykorzystaniem fal radiowych do identyfikowania przedmiotów na odległość. W tym czasie powstał m.in. system EAS (Electronic Article Surveillance). 

To rozwiązanie, którego współczesną wersję stosuje się jako zabezpieczenie antykradzieżowe głównie w sklepach z odzieżą. Wykorzystuje ono namagnesowane elementy metalowe, przytwierdzone do produktu, które są wykrywane przez detektor przy wyjściu ze sklepu.

Za wynalazcę chipa RFID uważa się Maria Cardullo, absolwenta Polytechnic Institute of Brooklyn, który w 1971 r. opracował zasilany polem elektromagnetycznym sygnał z 16-bitową pamięcią. Dopiero jednak w styczniu 1973 r., po odpowiednim dopracowaniu swojego wynalazku, Cardullo otrzymał pierwszy patent na pasywną identyfikację przy wykorzystaniu częstotliwości radiowej, dźwięku i światła jako nośników transmisji. 

Pierwszym urządzeniem RFID był transponder, który składał się z kombinacji cewek i obwodów umieszczonych w plastikowym pojemniku. Cardullo przewidywał wykorzystanie swojego wynalazku m.in. w transporcie, bankowości, systemach bezpieczeństwa i medycznych.

Jeszcze w latach 70. XX w. pojawiły się kolejne rozwiązania, które stanowiły następne etapy rozwoju technologii identyfikacji radiowej. Steven Depp, Alfred Koelle i Robert Frayman zademonstrowali system 12-bitowych znaczników (pasywnych i półpasywnych), które działały z częstotliwością 915 MHz (tak jak większość obecnych tagów UHF). 

Charles Walton otrzymał patent na pasywne tagi do otwierania drzwi bez klucza, a Kriofsky i Kaplan opatentowali układ indukcyjny nadajnik–odbiornik. Dopiero jednak w 1983 r. po raz pierwszy w jednym z kolejnych patentów, które otrzymał Walton, pojawił się skrót RFID.

Lata 90. ubiegłego wieku były okresem szybkiej popularyzacji technologii RFID. Rozwiązania, które bazowały na systemie identyfikacji radiowej, pojawiły się m.in. w kartach paliwowych, immobilizerach samochodowych czy karnetach narciarskich. Natomiast wiele globalnych firm rozpoczęło wdrażanie tej technologii do elektronicznego znakowania swoich produktów.

Jak zmienia się technologia RFID

Technologia RFID w dosłownym tłumaczeniu oznacza identyfikację (chipa) za pomocą częstotliwości radiowej, czyli rozpoznawanie obiektów i bezprzewodową wymianę informacji między chipem RFID a czytnikiem. 

Przez już 50 lat wykorzystywania tej technologii jej ogólna zasada działania nie uległa zmianie, jednak ewolucja stosowanych rozwiązań pozwala na jej ciągłe ulepszanie. Przede wszystkim mamy do czynienia z miniaturyzacją wykorzystywanych w systemie identyfikacji komponentów. 

Urządzenie Maria Cardullo nie ma pod tym względem porównania z dzisiejszymi znacznikami. Współczesne rozwiązania składają się z mikrochipa, w którym wbudowane są pamięć i oprogramowanie, i cienkiej jak włos anteny (cewki), która pełni rolę transmitera. Mimo mniejszych rozmiarów mają one dużo większą pamięć, a ponadto często dysponują dodatkowymi funkcjonalnościami (np. możliwością pomiary temperatury).

Znacznik RFID może działać w pewnej odległości od czytnika (także wtedy, gdy jest zakryty czy schowany). Odległość ta, która zależy od częstotliwości fal radiowych, również się zmienia. Dziś standardowe tagi RFID mogą być odczytane z odległości od kilku centymetrów do kilku metrów. Można jednak spotkać także rozwiązania, w których zasięg odczytu wynosi już kilkanaście metrów.

Kolejną zaletą nowoczesnych rozwiązań RFID jest szybkość działania i możliwość odczytu wielu znaczników (nawet kilkaset znaczników na sekundę). Pozwala to zautomatyzować i zwiększyć wydajność wielu procesów, a także otrzymywać na bieżąco informacje, które dotyczą produktów wykorzystywanych w tych procesach. 

Rozwój technologiczny pozwala także na wykorzystywanie znaczników RFID w najbardziej wymagających środowiskach pracy (chemikalia, zapylenie, wilgoć, środowisko zewnętrzne) – w których jeszcze jakiś czas temu było to niemożliwe albo mocno utrudnione. 

Przykładem są tagi RFID umieszczone na metalu, który przyczyniał się do ograniczenia zasięgu. Dla poprawnego odczytu danych niezbędne było zastosowanie dodatkowej warstwy materiału, która oddziela antenę od metalu.

Współczesne rozwiązania identyfikacyjne RFID oferują także różnorodne kształty oraz rozmiary tagów i czytników, które można optymalnie dopasować do indywidualnych potrzeb przedsiębiorstwa. Tagi są najczęściej wielkości karty kredytowej, ale stosuje się też inne postaci (np. breloków). 

Jeśli natomiast chodzi o czytniki RFID, to występują ich wersje mobilne i stacjonarne. Mogą one mieć postać terminala z wbudowanym czytnikiem RFID lub bramki z wbudowanymi antenami, które odczytują znaczniki znajdujące się w ich zasięgu.

Standardy RFID według zakresu częstotliwości radiowych:

  • RFID LF (low frequency) – działają w częstotliwości 30–300 KHz (standardowo: 125 KHz) i mają zasięg odczytu do 10 cm,
  • RFID HF (high frequency) – działają w częstotliwości 3–30 MHz (standardowo: 13,56 MHz) i umożliwiają odczyt od z odległości 10 cm do 1 m;
  • RFID UHF (ultra high frequency) – działają w częstotliwości 300 MHz – 3 GHz (w Europie: 865–868 Mhz) i mają zasięg od kilkudziesięciu centymetrów do nawet 20 m.

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 5-6/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę