Ứng Dụng Của Anten RFID Trên Cơ Thể Người

Công nghệ nhận dạng tần số sóng vô tuyến (RFID) gần đây đã thu hút sự quan tâm đáng kể trong lĩnh vực ứng dụng trên cơ thể người, bao gồm cả thiết bị đeo và cấy ghép. Sự hiện diện của cơ thể con người gần với thiết bị RFID tạo ra một số thách thức về thiết kế, chế tạo và thử nghiệm, đồng thời mở ra một lĩnh vực hoàn toàn mới cho chăm sóc sức khỏe và các ứng dụng trên cơ thể người.

1. Sự phát triển của thiết bị RFID

             Theo thống kê của Nielsen và Forbers, một trong sáu người tiêu dùng hiện đang sở hữu và sử dụng thiết bị công nghệ đeo và hơn 125 triệu chiếc được dự kiến sẽ xuất xưởng vào năm 2019. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, các thiết bị cấy ghép không dây cũng đang phát triển rất mạnh mẽ và mở ra các giải pháp mới trong phòng ngừa và điều trị y tế.

             Công nghệ RFID là một ứng dụng không dây sử dụng kỹ thuật tán xạ RF để trích xuất thông tin liên quan đến các đối tượng từ xa (nhận dạng, nhiệt độ hoặc độ ẩm của môi trường xung quanh, v.v.). Quan trọng hơn, công nghệ RFID cung cấp một số lợi thế cho các ứng dụng trên cơ thể người, bao gồm cấu hình thấp, tính khả thi cho hoạt động không cần nguồn pin, thực hiện linh hoạt và chi phí thấp.

             Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị RFID thụ động được tóm tắt trong hình 1. Hệ thống RFID tổng thể bao gồm một thẻ RFID tích hợp vào các đối tượng được giám sát và đầu đọc RFID được đặt gần nhau. Trình đọc RFID sẽ gửi một tín hiệu không dây để bật thẻ “bật”. Sau đó, thẻ sẽ ghi lại tín hiệu nhận được trong một mẫu đại diện cho thông tin được lưu trữ hoặc thông số cảm biến của nó. Các tín hiệu phản xạ ngược cuối cùng sẽ được xử lý bởi đầu đọc để lấy lại các thông tin mong muốn.

1. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của các thiết bị RFID thụ động.

2. Tính toán thiết kế thiết bị RFID trên cơ thể người

             Cho đến nay, nhiều phương pháp đã được đề xuất để điều chế tín hiệu RF đến bằng các thẻ RFID thụ động. Ý tưởng là thay đổi một tính chất nhất định của thẻ RFID (trở kháng, tần số cộng hưởng, hệ số phẩm chất, mặt cắt radar, vv) và cuối cùng phát hiện sự thay đổi của môi trường thông qua đầu đọc RFID. Trong lĩnh vực thiết bị RFID, một trong những thách thức chính liên quan đến việc thiết kế anten RFID là việc phối hợp trở kháng với chip hoặc cảm biến đi kèm. Ngoài ra còn một số vấn đề cần được tính đến, bao gồm việc lựa chọn tần số hoạt động, ảnh hưởng của cơ thể con người, thiết kế anten kích thước nhỏ gọn, và sự an toàn của con người đối với các bức xạ trường điện từ. Giống như điện thoại di động, các thiết bị đeo và cấy ghép sử dụng công nghệ RFID cần phải tuân thủ các hướng dẫn an toàn quốc tế và quốc gia về tỷ lệ hấp thụ riêng (SAR).

2. Một mẫu thiết kế anten RFID [1].

3. Sự phân bố SAR trong các mặt phẳng xy, xz và yz của các anten RFID 868 MHz và 915 MHz được cấy dưới da đầu (công suất đầu vào: 4.93 mW) [2].

Mag: Cường độ của SAR.

3. Công nghệ chế tạo

             Một số kỹ thuật chế tạo đã được thực hiện cho các thiết bị RFID có thể đeo và cấy ghép được, bao gồm sợi dệt dẫn điện, in phun, in lưới, graphene và các kỹ thuật chế tạo trên màng mỏng khác.

4. Anten RFID chế tạo bằng công nghệ sợi dệt dẫn điện [3]

5. Anten dạng xoắn ốc được phát triển tích hợp IC để tạo thành các thẻ RFID (STENTag) được cấy ghép để theo dõi mạch máu [4].

6. Mô hình mô sinh học được sử dụng để thiết kế anten RFID [4].

4. Hướng phát triển trong tương lai

Một số thách thức vẫn còn tồn tại như: Nhận dạng nhiều thẻ RFID được phân bố tại các vị trí liền kề; Tính bảo mật dữ liệu cá nhân; Giá thành sản phẩm; Độ tin cậy; Khoảng cách thiết bị đọc RFID và thẻ chip RFID; Tính tương thích về mặt sinh học.

Thị trường thiết bị điện tử đeo được và cấy ghép đang phát triển với tốc độ rất nhanh, hứa hẹn còn nhiều điều mới sẽ được khám phá trong các lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, giám sát trẻ em, nhà thông minh, thiết bị quân sự, và các ứng dụng khác.

(Nguồn: IEEE ANTENNAS & PROPAGATION MAGAZINE)

Từ khóa: RFID antenna, Implantable biomedical device, Passive sensing, Wearable RFID

Tham khảo:

[1] A. Kiourti and J. L. Volakis, “Stretchable and flexible E-fiber wire antennas embedded in polymer,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 13, pp. 1381–1384, July 2014.

[2] A. Kiourti and K. S. Nikita, “Miniature scalp-implantable antennas for telemetry in the MICS and ISM bands: Design, safety consideration and link budget analysis,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 8, pp. 3568–3575, Aug. 2012.

[3] S. Shao, A. Kiourti, R. Burkholder, and J. L. Volakis, “Broadband textilebased passive UHF RFID tag antenna for elastic material,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 14, pp. 1385–1388, Feb. 2015.

[4] C. Occhiuzzi, G. Contri, and G. Marrocco, “Design of implanted RFID tags for passive sensing of human body: The STENTag,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 7, pp. 3146–3154, July 2012.