Os adesivos de medição de força RFID redefinem a medição precisa

Quaisquer dois objetos em contato exercerão uma certa força um sobre o outro, que pode ser devido à gravidade ou contato mecânico, como o peso do objeto na plataforma ou o contato de dois ossos na articulação do joelho humano. Para medir essa força de forma mais eficaz e conveniente, uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia, San Diego, desenvolveu um "adesivo" de medição de força RFID ultrafino para auxiliar na medição desses fenômenos.

O ForceSticker foi desenvolvido a partir da integração de dois componentes principais: um pequeno capacitor com apenas alguns milímetros de espessura e aproximadamente do tamanho de um grão de arroz, e uma Etiqueta RFID comercial de ultra-alta frequência de 900 MHz. Os pesquisadores integraram os dois componentes para que pudessem medir a força aplicada e transmitir sem fio as informações para um Leitor RFID padrão.

Uma fina camada de polímero flexível é colocada entre duas tiras de cobre condutoras do capacitor para formar o capacitor. Quando uma força externa atua no polímero, ele se comprime, fazendo com que as tiras de cobre se aproximem, aumentando a carga dentro do capacitor.

O design deste adesivo de medição de força foi inspirado pela observação atenta de mudanças na capacitância. Quando uma força externa é aplicada, o polímero se comprime, puxando as tiras de cobre para mais perto, aumentando assim a capacitância. Com este design, os pesquisadores podem avaliar as capacidades de comutação do sensor com base em um design de intervalo de capacitância otimizado derivado de modelagem matemática de RF e executar simulações multifísicas no COMSOL.

Na aplicação real do ForceSticker, os pesquisadores usaram duas implementações diferentes de sensor de 4×2 mm com diferentes camadas de polímero Ecoflex (um polímero biodegradável à base de silício catalisado por platina) e neoprene cobrindo intervalos de 0 a 6 N e 0 a 40 N, os erros de leitura são de 0,25 N e 1,6 N, respectivamente. Além disso, eles testaram o ForceSticker sob estresse mais de 10.000 vezes e não encontraram nenhuma redução significativa de erro.

Esta etiqueta RFID passiva usa retrodispersão para transmissão de energia e dados. Ela recebe o sinal de rádio de entrada do leitor RFID, modifica o sinal por meio de mudanças elétricas induzidas pelo capacitor e, em seguida, reflete o sinal modificado de volta para o leitor RFID, que o interpreta e o converte em força. Este método insere diretamente a transformação de fase RF analógica gerada pelo sensor no caminho do canal sem fio da etiqueta eletrônica RFID, criando um link de retrodispersão analógico-digital.

No processo de obtenção da integração do sensor, um desafio fundamental é o design da interface do sensor. Para permitir a integração do sensor sem perder a fidelidade do sinal, os pesquisadores usaram uma abordagem de guia de onda coplanar de impedância combinada. Além disso, para obter esse ajuste de sensibilidade, o capacitor deve ter um "valor nominal" adequadamente projetado com força zero. Isso é determinado por várias equações não lineares que modelam essa situação, levando em consideração a impedância e o coeficiente de reflexão da linha de transmissão.

Ao simular a interface entre sensores capacitivos e RFID de identificação digital, os pesquisadores fizeram isso inserindo o sensor entre uma antena e uma etiqueta RFID em paralelo com os dois. No entanto, os pesquisadores observam que há duas soluções chamadas de "degeneradas" (o que significa que pelo menos uma variável fundamental é zero). Uma das soluções assume que todas as mudanças de fase são refletidas diretamente do sensor e nenhum sinal chega ao Módulo RFID. Outra solução assume que o modo de comutação capacitiva do sensor realmente opera. Ambas as soluções fornecem orientação para otimização adicional da tecnologia.

No geral, esta equipe da Universidade da Califórnia, San Diego (UCSD) demonstrou o que é possível em avanços de Engenharia ao desenvolver o ForceSticker, um adesivo inovador de medição de força. Ao integrar microcapacitores e etiquetas RFID comerciais, eles criaram um dispositivo que mede a força aplicada e transmite as informações sem fio.

"Os humanos nascem com uma capacidade inerente de sentir força", Dinesh Bharadia, professor da Escola de Engenharia da UC San Diego, disse em uma declaração da escola. "Isso nos dá a capacidade de interagir perfeitamente com o ambiente e permite que os médicos realizem procedimentos cirúrgicos delicados. .Trazer essa capacidade de sentir forças para dispositivos eletrônicos e implantes médicos pode revolucionar muitas indústrias."

E essa tecnologia não só tem potencial para aplicações médicas e industriais, mas também pode ser usada para medir o peso do fundo de embalagens de depósito. Por meio de pesquisa e inovação contínuas,ação, temos motivos para acreditar que haverá mais avanços como este para melhorar nossas vidas e trabalho no futuro.