RFID “sin chip”: un paso más hacia la eficiencia y escalabilidad en tecnologías IoT

11/04/2023
Foto: Freepik.

(Més avall trobareu la versió en català d’aquest contingut: RFID “sense xip”: una passa més cap a l’eficiència i escalabilitat en tecnologies IoT.)

Internet de las Cosas (IoT de su acrónimo en inglés) forma ya parte de nuestro día a día, a menudo sin que ni nos demos cuenta. Wereables, dispositivos y todo tipo de objetos incorporan tecnologías de comunicación para transmitir información, y conectar personas y objetos a las redes de comunicaciones. Algunos de estos dispositivos IoT no necesitan baterías para transmitir información, lo que se conoce como comunicaciones pasivas, como por ejemplo la tecnología UHF RFID.

Recientemente, hemos visto cómo esta tecnología se ha ido popularizando en la industria, gracias a una serie de características interesantes:

  • Las etiquetas UHF RFID funcionan a partir de la energía proporcionada por el equipo lector en forma de ondas de radiofrecuencia, hasta un rango de 10 metros.
  • Cada objeto etiquetado puede tener un código único de identificación (habitualmente de 96 bits) y no hace falta visión directa, lo que la hace muy superior a otras tecnologías de identificación como los códigos QR.
  • Las etiquetas pueden integrar sensores, o recoger información de contexto mediante el análisis de la señal de radiofrecuencia.

Las etiquetas RFID nos ofrecen una característica interesante: una funcionalidad limitada respecto a otras tecnologías IoT (identificación o medida a corta distancia) a cambio de una mayor escalabilidad. Es decir, el bajo coste (principalmente por la simplicidad de las etiquetas, y la carencia de batería) facilita su integración a gran escala, y representan una buena oportunidad para mejorar procesos y aplicaciones de forma eficiente y sostenible.

A pesar de estas ventajas, la tecnología UHF RFID todavía necesita un pequeño chip para su funcionamiento, lo que puede acabar suponiendo una barrera a nivel de eficiencia o integración. Pero existe una modalidad de RFID, actualmente en desarrollo, que conocemos como RFID “sin chip” (chipless), y que como su nombre indica permite simplificar aún más las etiquetas de esta tecnología.

Al igual que con la versión UHF, RFID “sin chip” también consiste de un equipo lector que emite un rango de frecuencias, y un conjunto de etiquetas que reflejan parte de estas ondas para transmitir una información (retrodispersión, o backscatter en inglés). Por tanto, también es una tecnología de comunicaciones “pasiva”, y también puede funcionar como sensor a partir del análisis de la señal retrodispersada (por ejemplo a partir de observar cambios en la intensidad de la señal reflejada por la etiqueta). Pero si vemos sus características con más detalle veremos que las similitudes acaban aquí:

  • RFID sin chip funciona en un rango de frecuencias habitualmente entre 3 y 10 GHz, muy superior a UHF (900 MHz), lo que reduce el rango de lectura por debajo de un metro de distancia.
  • El motivo para trabajar a frecuencias más altas es precisamente la ausencia de chip, ya que para dotar a la etiqueta de identificación, es necesario que cada etiqueta tenga una estructura metálica (similar a una antena) con un diseño específico que refleje de forma diferenciada la señal en un rango más amplio del espectro de frecuencias, alcanzando unos pocos bits de identificación en comparación con UHF RFID.
Ejemplo sencillo de identificación a partir de la geometría y la señal retrodispersada. Fuente: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2879050.

Estamos hablando pues de una tecnología de comunicación por radiofrecuencia que a partir de una pequeña estructura metálica puede devolver información de un objeto. Nos encontramos, por tanto, ante una de las tecnologías IoT de menor coste y más escalables, abriendo un gran abanico de posibles aplicaciones a gran escala como la identificación, el uso como sensores para monitorización de estímulos (por ejemplo, un umbral de temperatura) o clasificación. Especialmente relevantes son las aplicaciones destinadas a la economía circular o la salud, gracias a la fácil integración de la tecnología RFID sin chip en los materiales, ya que es suficiente con imprimir con tinta conductora de electricidad.

En resumen, la tecnología pasiva RFID sin chip representa un paso más hacia la escalabilidad de la tecnología IoT, y puede permitir comunicar información allí en lugares donde hasta ahora no es posible por motivos de eficiencia. Desde los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la UOC, así como desde grupos de investigación del IN3 como Wireless Networks Lab, trabajamos para hacer avanzar estas tecnologías y acercarlas a la industria y la sociedad.

RFID “sense xip”: una passa més cap a l’eficiència i escalabilitat en tecnologies IoT

Internet de les Coses (IoT del seu acrònim en anglès) forma ja part del nostre dia a dia, sovint sense que ni ens n’adonem. Wereables, dispositius, i tota mena d’objectes incorporen tecnologies de comunicació per transmetre informació, i connectar persones i objectes a les xarxes de comunicacions. Alguns d’aquests dispositius IoT no necessiten bateries per transmetre informació, el que es coneix com a comunicacions passives, com per exemple la tecnologia UHF RFID.

Recentment, hem vist com aquesta tecnologia s’ha anat popularitzant a la indústria, gràcies a una sèrie de característiques interessants:

  • Les etiquetes UHF RFID funcionen a partir de l’energia proporcionada per l’equip lector en forma d’ones de radiofreqüència, fins a un rang de 10 metres.
  • Cada objecte etiquetat pot tenir un codi únic d’identificació (habitualment de 96 bits) i no cal visió directa, el que el fa molt superior a altres tecnologies d’identificació com els codis QR.
  • Les etiquetes poden integrar sensors, o recollir informació de context mitjançant l’anàlisi del senyal de radiofreqüència.

Les etiquetes RFID ens ofereixen una característica interessant: una funcionalitat limitada respecte a altres tecnologies IoT (identificació o mesura a curta distància) a canvi d’una major escalabilitat. És a dir, el baix cost (principalment per la simplicitat de les etiquetes, i la manca de bateria) facilita la seva integració a gran escala, i representen una bona oportunitat per millorar processos i aplicacions de forma eficient i sostenible. 

Tot i aquests avantatges, la tecnologia UHF RFID encara necessita un petit xip pel seu funcionament, el que pot acabar suposant una barrera a nivell d’eficiència o integració. Però existeix una modalitat de RFID, actualment en desenvolupament, que coneixem com RFID “sense xip” (chipless), i que com el seu nom indica permet simplificar encara més les etiquetes d’aquesta tecnologia.

De la mateixa manera que amb la versió UHF, RFID “sense xip” també consisteix d’un equip lector que emet un rang de freqüències, i un conjunt d’etiquetes que reflecteixen part d’aquestes ones per transmetre una informació (retrodispersió, o backscatter en anglès). Per tant, també és una tecnologia de comunicacions “passiva”, i també pot funcionar com sensor a partir de l’anàlisi del senyal retrodispersat (per exemple a partir d’observar canvis en la intensitat del senyal reflectit per l’etiqueta).  Però si veiem les seves característiques amb més detall veurem que les similituds s’acaben aquí:

  • RFID “sense xip” funciona en un rang de freqüències habitualment entre 3 i 10 GHz, molt superior a UHF (900 MHz), fet que redueix el rang de lectura per sota d’un metre de distància.
  • El motiu per treballar a freqüències més altes és precisament l’absència de xip, ja que per tal de dotar l’etiqueta d’identificació, cal que cada etiqueta tingui una estructura metàl·lica (similar a una antena) amb un disseny específic que reflecteixi de forma diferenciada el senyal en un rang més ampli de l’espectre de freqüències, assolint uns pocs bits d’identificació en comparació amb UHF RFID.
Exemple senzill d’identificació a partir de la geometria i el senyal retrodispersat. Font: http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2879050.

Estem parlant doncs d’una tecnologia de comunicació per radiofreqüència que a partir d’una petita estructura metàl·lica, pot retornar informació d’un objecte. Ens trobem, per tant, davant d’una de les tecnologies IoT de menor cost i més escalables, obrint un gran ventall de possibles aplicacions a gran escala com la identificació, l’ús com sensors per monitoratge d’estímuls (per exemple, un llindar de temperatura) o classificació. Especialment rellevants són les aplicacions destinades a l’economia circular o la salut, gràcies a la fàcil integració de la tecnologia RFID “sense xip” en els materials, ja que és suficient amb imprimir amb tinta conductora d’electricitat. 

En resum, la tecnologia passiva RFID “sense xip” representa una passa més cap a l’escalabilitat de la tecnologia IoT, i pot permetre comunicar informació allà en llocs on fins ara no és possible per motius d’eficiència. Des dels Estudis d’Informàtica, Multimèdia i Telecomunicació de la UOC, així com des de grups de recerca de l’IN3 com Wireless Networks Lab, treballem per fer avançar aquestes tecnologies i apropar-les a la indústria i a la societat.

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Autores / Autoras
Ingeniero de Telecomunicación por la Universitat Politècnica de Catalunya, y Doctor por la Universidad Oberta de Catalunya. Actualmente, trabaja como profesor en la Universitat Oberta de Catalunya, y es miembro del grupo de investigación Wireless Networks.
Investigador del grupo de investigación Wireless Networks del IN3. 
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