RFID: un acronimo mille possibilità.

Tecnologia RFID

Il livello di maturità della tecnologia RFID permette a tutti noi, indipendentemente da cosa vogliamo realizzare, di trovare un valido supporto tecnologico. Un aspetto fondamentale è la possibilità di realizzare reti di interconnessione anche wireless che servano agli scopi più disparati.

I tag RFID (acronimo che sta per Radio Frequency IDentification) sono diventati rapidamente una risposta affidabile e di grande utilità nei campi più disparati. Tempo fa ci siamo occupati della raccolta differenziata e della sua gestione; oggi vedremo come questa tecnologia potrebbe risultare estremamente utile anche nello smaltimento dei rifiuti.

Uno sguardo al sistema

La struttura del sistema, vista in maniera molto schematica, è composta sostanzialmente da sole quattro componenti:

  • tag
  • antenna trasmittente
  • lettore
  • middleware

mentre il funzionamento è sintetizzabile in poche elementari fasi. Il tag (trasponder), infatti, si attiva quando passa all’interno della regione in cui l’antenna è in funzione. Il tag interagisce con la stessa fornendo una risposta che lo identifica come attivo; la risposta in questione viene quindi rilevata e, tramite il lettore (che può essere un semplice lettore oppure un transceiver), inviata al middleware. Quest’ultimo è incaricato di elaborare opportunamente l’informazione ed inviarla al software di gestione.

Fisicamente…

Alla base del funzionamento di questo sistema c’è un semplice fenomeno di accoppiamento, tanto più marcato quanto minore è la distanza tra gli elementi che compongono l’intero sistema. La sorgente del campo elettromagnetico all’interno del quale il conduttore si trova diviene evanescente man mano che il conduttore stesso “esce dalla portata della sorgente”.

Questo fenomeno sottintende all’esistenza di un campo di induzione che dimostra la mutua interazione tra i componenti nella condizione di campo vicino.

Quando la distanza aumenta, ovvero ci troviamo nella condizione di campo lontano, si verificano fenomeni di accoppiamento che sono il frutto dell’irradiazione del campo elettromagnetico in gioco.

Nei sistemi RFID entrambi questi fenomeni possono essere sfruttati; esistono, infatti, sistemi a bassa frequenza (LF), alta frequenza (HF) oppure ad altissima frequenza (UHF). Nei primi due il campo induttivo fornisce l’energia necessaria all’attivazione del chip sul tag. Quando ci spostiamo ad altissima frequenza, invece, è il campo radiativo a determinare l’attivazione.

Possiamo pensare, nell’ipotesi esemplificativa, che il sistema funzioni sulla base di una logica booleana che identifichi l’oggetto come “assente” oppure “presente”.

In questo caso, il lettore genera un campo elettromagnetico con una frequenza ben determinata; quando il tag dovesse passare all’interno di questo campo, la quota parte di energia cui è soggetto sarebbe sufficiente a farlo entrare in risonanza. Questo principio viene largamente utilizzato nei dispositivi antitaccheggio presenti in tutti i centri commerciali, supermercati, negozi di abbigliamento che frequentiamo.

La risposta fornita dal trasponder induce una variazione nel campo magnetico che viene generato dal trasmettitore ed è proprio questa variazione che può essere rilevata, se siamo a breve distanza. Ecco per quale motivo il “passaggio” tra le barre dell’antitaccheggio non è, tipicamente, più grande di 1 m e mezzo.

Le antenne che vengono utilizzate all’interno dei lettori formano, dunque, dei portali che rilevano la presenza di oggetti metallici; essi operano nella range di frequenze dei MHz. I valori dipendono dalle normative imposte; tipicamente, parliamo di radiazioni non ionizzanti e di locali adibiti ad uso pubblico per cui facciamo riferimento alla normativa “bassa tensione” ed alle linee guida per l’esposizione alle radiazioni non ionizzanti del soggetto inconsapevole.

Quando l’oggetto viene pagato regolarmente il tag viene disattivato direttamente in cassa: accade, tipicamente, che si veda strisciare l’oggetto acquistato su una particolare postazione predefinita in cassa. Li è localizzato un forte campo magnetico che stimola con un campo magnetico molto intenso l’intera struttura, rendendola non più funzionante.

Vedremo che sebbene sembri antieconomico danneggiare volontariamente un sistema sofisticato, la larga diffusione ha permesso di rendere i costi molto bassi. I dispositivi vengono quindi progettati proprio per essere distrutti.

Il sistema funziona esattamente come si vede nella figura qui di seguito.

Per prodotti che contengono metallo è necessario lavorare a frequenze basse, ancorché sempre dell’ordine dei kHz. Questo perché, in questo caso, il tag di tipo e.m. viene realizzato con materiali che sono “resistenti” ai campi elettromagnetici in gioco. Questo significa che è necessario che si preveda una realizzazione sulla base di caratteristiche magnetiche fortemente non lineari. Gli stessi di cui stiamo parlando sono necessari per generare frequenze multiple del segnale del lettore favorendone, così, la lettura.

Sebbene sia indispensabile per realizzarle in questo modo, queste tag presentano uno svantaggio: è indispensabile mantenere un orientamento preciso perché il tag possa essere in visibilità. Per ovviare a questo problema, vengono realizzati avvolgimenti multipli che possono rilevare diverse posizioni del tag in transito.

In questo caso, la disattivazione è permessa da uno strato di materiale magnetico che rimane magnetizzato una volta che si trova all’interno di un campo magnetico opportuno.

Se nel caso dei tag precedenti abbiamo notato che i dispositivi sono “sacrificabili”, tanto da rimanere all’interno dei capi d’abbigliamento o dei DVD appena acquistati anche dopo la vendita, e l’acquirente può tranquillamente non sapere neanche dove si trova, questo secondo tipo è riutilizzabile.

Oltre i sistemi ad 1 bit

Finora abbiamo parlato di sistemi che sono in grado di rilevare il tag qualora esso si trovi nella “raggio di azione” del lettore. Esistono, però, sistemi molto più maturi in cui la comunicazione è bidirezionale perché qui è presente un chip, che ha una sua memoria e la capacità di elaborazione per comunicare, talvolta utilizzando la crittografia, quantitativi maggiori di dati.

Come nella maggior parte delle comunicazioni, anche in questo caso esistono soluzioni half-duplex e full-duplex: nel primo caso l’interrogazione e la risposta sono operazioni che richiedono slot temporali separati. Nel secondo, invece, le due parti sono in grado di comunicare anche contemporaneamente; questa seconda modalità e resa possibile dall’utilizzo di frequenze distinte, ad esempio in relazione armonica tra loro.

Nei sistemi evoluti che utilizzano n-bit, il lettore fornisce l’energia di cui necessita il tag grazie ad una spira trasmittente, più o meno allo stesso modo di ciò che avviene in un trasformatore.

Questi sistemi operano in campo vicino ed hanno come caratteristica un livello di efficienza nella comunicazione abbastanza basso; si intuisce che questo aspetto implica una forte localizzazione spaziale, ovvero una scarsa “autonomia” o flessibilità. Distanze superiori al metro diventano davvero difficile da gestire. Per il dimensionamento corretto, in ogni caso, è necessario riferirsi non ha distanze lineari ma multipli di lunghezze d’onda.

Mano a mano che la frequenza cresce, a parità di sistema in uso, le dimensioni diminuiscono; così sistemi che utilizzino frequenze molto alte (Very High Frequency oppure Ultra High Frequency) possono beneficiare della presenza di antenne molto efficienti disposte all’interno dei tag.

Questo tipo di dispositivi può essere stampato sotto forma di etichetta, proprio come accade nel caso dei DVD. La struttura risulta di spessore assolutamente trascurabile e può essere “camuffata” proprio dal codice a barre. La larghissima diffusione sul mercato, dovuta all’affidabilità dell’intero sistema, ha permesso, come dicevamo, una compressione tale nei costi che i tag possono non essere recuperati.

Cosa usare?

Alcune delle soluzioni di cui abbiamo brevemente parlato risultano sensibili all’orientazione: questo tipo di antenne sono certamente poco indicate nell’antitaccheggio perché l’orientazione non è un parametro che si può tenere sotto controllo. Ecco per quale motivo, in questo caso, si cerca di realizzare antenne omnidirezionali.

Tra i parametri notevoli di cui è necessario tener conto, cioè il guadagno, ovvero una misura della capacità dell’antenna di “illuminare” una determinata porzione di spazio confinante. In questo caso particolare, lobi che dimostrino direzionalità sono da evitare proprio perché l’antenna deve essere in grado di distribuire l’energia elettromagnetica da trasmettere piuttosto che concentrarla.

Di contro, però, è normalmente vantaggioso un buon confinamento spaziale per cercare di ridurre le interferenze con sistemi simili.

Altro parametro tipico delle antenne e la polarizzazione che può essere lineare oppure circolare. Si tratta, semplicemente, dell’orientazione del campo elettromagnetico che viene irradiato dall’antenna. Quando si sceglie la polarizzazione circolare il tag è insensibile all’orientamento.

I tag al lavoro

Come visto nell’immagine mostrata in precedenza, formati, geometrie, spessori e caratteristiche conformazionale e funzionali possono essere molto diverse tra loro. Le antenne possono anche essere disposte in geometria planare a disegnare schiere.

La struttura disegnata dal varco costituito dalle antenne è estremamente versatile e si presta bene a diverse applicazioni; non solo antitaccheggio, quindi, ma anche controllo delle merci e degli accessi. Ad esempio, un tag RFID può essere utilizzato per verificare chi e quando è arrivato sul luogo di lavoro.

Quando si ha a che fare con flussi, specie se si tratta di merce, è importante garantire la posizione del tag rispetto al lettore, per assicurare l’avvenuta lettura.

In alcuni casi, specie quando il movimento avviene in maniera molto rapida, è possibile pensare ad un sistema che sfrutti un alto valore di di reattività, “guardando” in una zona precisa, in maniera da aumentare la probabilità di identificazione.

I tag RFID nella pratica: dalla teoria i fatti

Talune applicazioni possono essere relative all’identificazione dei prodotti dei processi industriali, al controllo dei veicoli in moto (magari durante una revisione), all’identificazione degli impiegati. Oppure, come dicevamo in apertura, alla gestione dei rifiuti.

Nell’identificazione degli animali, resasi necessaria nell’ottica di garantire la qualità e la provenienza delle carni, la sostituzione della marchiatura con l’utilizzo di tag RFID ha reso tutto molto più semplice non soltanto per gli animali, per cui l’impianto non è affatto doloroso, ma anche per chi deve effettuare i controlli. Il tag, infatti, è unico per ciascun animale, può essere letto solamente con lettore opportuno e garantisce informazioni riguardo le vaccinazioni e lo stato di salute dell’animale.

Questa tecnologia può anche sostituire i collari elettronici o altre soluzioni per animali domestici.

Anche la gestione dell’inventario o di un magazzino veniva effettuata manualmente; si intuisce come le operazioni di ispezione, l’aggiornamento delle banche dati ed anche la richiesta di approvvigionamento sono operazioni che possono essere notevolmente semplificate grazie all’utilizzo di questi tag.

In campo biomedicale, quindi ci spostiamo sull’uomo e sulla questione della salute, è facile immaginare che potremmo utilizzare la tecnologia RFID per tenere traccia delle vaccinazioni, del gruppo sanguigno, delle intolleranze alimentari e delle allergie. L’immagazzinamento dei dati biomedici ma anche la teleassistenza nonché il dosaggio di farmaci ed il monitoraggio delle funzioni vitali sono tutte funzioni che potrebbero essere automatizzate e svolte in pochi secondi.

Anche l’industria automobilistica, che non è dissimile da quei processi produttivi di cui parlavamo in astratto in precedenza, potrebbe ben beneficiare di tale introduzione, non foss’altro che il controllo continuo sul flusso produttivo garantisce una migliore qualità finale del prodotto ed è in linea con le direttive per la certificazione, l’accreditamento e la garanzia della qualità.

Come si può usare nella differenziata?

E veniamo, infine, alla gestione dei rifiuti. Il riciclaggio rappresenta una parte importante della gestione dei rifiuti. Nel 2009 nasce, su iniziativa del ministero dell’ambiente e della tutela del territorio e del mare, il sistema di controllo della tassabilità dei rifiuti, il quale tiene traccia dell’intera filiera dei rifiuti, ne controlla l’efficienza e l’efficacia ed interviene qualora vengano rilevate delle anomalie.

Questo sistema si pone l’ambizioso obiettivo di ridurre tempi e complicazioni delle procedure inerenti allo smaltimento e vuole anche ridurre i costi sostenuti dalle imprese. Questi ambiziosi traguardi possono essere raggiunti proprio grazie all’uso dei tag perché essi possono permettere la gestione della logistica dei rifiuti, come già succede in Europa. Addirittura, è possibile reperire soluzioni “off-the-shelf” (“sugli scaffali”).

La possibilità di identificare, leggere, scrivere e di mutua interazione tra tag può permettere un elevato grado di automatizzazione nella gestione dei rifiuti. Si potrebbe, infatti, utilizzare diversi tag, ad esempio sui bidoni e sui camion in modo tale che non appena il bidone si avvicina al retro del camion, i tag si “riconoscono” e resta memorizzato il dato di avvenuta “discarica”.

Questo stesso lettore potrebbe essere opportunamente rimpicciolito per essere indossato dall’operatore ecologico incaricato della raccolta e trasmesso automaticamente ad un sistema di gestione centrale che ne tenga traccia.

Così, l’identificazione della tipologia di rifiuto, connessa alla tipologia di bidone, potrebbe avvenire tramite etichette divise per tipo. In tal modo sarebbe possibile correlare l’avvenuta raccolta dello specifico settore di rifiuti, l’operatore che ha compiuto l’operazione ed il giorno in cui lo scarico del bidone ha avuto luogo.

5 Comments

  1. ingmarketz 30 settembre 2014
  2. Emanuele 2 ottobre 2014
  3. ingmarketz 3 ottobre 2014
  4. Emanuele 2 ottobre 2012
  5. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 2 ottobre 2012

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