05/05/2021
Door Ad Spijkers
In de toekomst zou een slimme ring aan de vingers de huissleutel, portemonnee, verzekeringskaart en hotelkaart kunnen vervangen.
Het sieraad is ontwikkeld aan het Fraunhofer Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik (IGCV) in Augsburg en Garching (München) De via 3D printen vervaardigde ring bevat een geïntegreerde RFID-chip, die bestand is tegen vervalsing, verzegeld en onzichtbaar is.
De slimme ring kan in de toekomst de slimme voordeur openen, betalen aan de kassa, de kaart van de ziektekostenverzekering vervangen of fungeren als sleutelkaart in een hotel. Het zou ook denkbaar zijn om gezondheidsgegevens zoals bloedgroep- of geneesmiddelenintolerantie op te slaan. Bij een ongeval zou de spoedarts de nodige informatie onmiddellijk bij de hand hebben.
3D geprinte ring
De ring is vervaardigd via op poederbed-gebaseerd additive manufacturing en wordt laag voor laag opgebouwd, met een uitsparing voor de elektronica. Het proces wordt halverwege gestopt. Een robot pakt automatisch een RFID-component uit een magazijn en plaatst deze in de uitsparing. Daarna gaat het printproces verder. De productiemethode biedt veel mogelijkheden, zodat volledig geïndividualiseerde ringontwerpen kunnen worden gerealiseerd. Bovendien is de chip verzegeld door de ring en dus bestand tegen vervalsing.
De focus van de ontwikkeling lag vooral op het uitbreiden van het lasersmeltsysteem met het geautomatiseerde proces dat de elektronica plaatst. De tweede focus van de ontwikkeling was de vraag: hoe kunnen de elektromagnetische signalen van de RFID-chip door metaal worden gestuurd? Metaal scherm de signalen immers af (kooi van Faraday).
Integratie
Het onderzoeksteam voerde talloze simulaties en experimenten uit en vond een geschikte oplossing. Ze gebruiken een frequentie van 125 kHz; deze frequentie heeft een korter bereik (zoals hier gewenst is) en wordt minder afgeschermd door het metaal. Bovendien is de tag zo bevestigd dat zijn signalen slechts 1 mm metaal hoeven te penetreren.
Het ontwerp van de holte en de inbedding van de elektronica daarin spelen ook een grote rol bij de signaalvoortplanting, aangezien de wanden de signalen kunnen reflecteren of absorberen. Een andere uitdaging was om de gevoelige elektronica van de RFID-tags te beschermen tegen de temperaturen van meer dan 1000°C tijdens het fabricageproces.
De geïntegreerde sensoren ontvangen hun energie via een geprinte RFID-antenne aan de buitenkant. De sensoren werken passief, dus zonder eigen batterij of andere stroomvoorziening. Met de ingebouwde sensoren kan in de toekomst een bewakingsmogelijkheid worden geïmplementeerd die anders door de rotatie van de tandwielen nauwelijks mogelijk zou zijn.
Tandwielen
De technologie kan overal worden gebruikt waar de traditionele manier om elektronica te integreren moeilijk is. Zo werken de onderzoekers momenteel aan een toepassing op het gebied van productietechnologie. Ze implementeren sensoren in tandwielen, waar ze tijdens bedrijf draadloos informatie over de belasting, de temperaturen op verschillende posities en andere belangrijke parameters versturen. Tekenen van beschadiging zijn te herkennen aan de gemeten trilling.
Foto: Fraunhofer IGCV