แท็ก RFID แบบไร้ชิปคือ แท็ก RFIDที่ไม่จำเป็นต้องมีไมโครชิปในตัวส่งสัญญาณ

RFID มีระยะทำการที่ไกลกว่าและสามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติ ต่างจากบาร์โค้ดที่ต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานในการตรวจสอบ ความท้าทายหลักในการนำ RFID มาใช้คือต้นทุน การออกแบบและการผลิตASICที่จำเป็นสำหรับ RFID เป็นส่วนประกอบหลักของต้นทุน ดังนั้นการกำจัด IC ออกไปทั้งหมดสามารถลดต้นทุนได้อย่างมาก ความท้าทายหลักในการออกแบบ RFID แบบไร้ชิปคือการเข้ารหัสและการส่งข้อมูล^{[ 1 ]}

เมื่อเปรียบเทียบกับ RFID และบาร์โค้ด แบบดั้งเดิม RFID มีข้อดีมากมายที่เกี่ยวข้องกับการใช้ คลื่น ความถี่วิทยุ (RF) สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูล การรับรหัสประจำตัว (ID) ทำได้ง่ายขึ้น และการอ่านค่าปริมาตรก็เป็นไปได้ ทั้งหมดนี้บนแท็กที่มีข้อมูลที่แก้ไขได้ ฟังก์ชันเหล่านี้ไม่สามารถทำได้ด้วยบาร์โค้ด แต่ในความเป็นจริง 70% ของสินค้าที่ผลิตทั่วโลกใช้บาร์โค้ด เนื่องจากฉลากและเครื่องอ่านมีราคาค่อนข้างถูก^{[ 2 ]}

เป็นความจริงเช่นกันที่ RFID มีฟังก์ชันการทำงานที่สำคัญอื่นๆ และคำถามจึงอยู่ที่ว่าจะจินตนาการถึงเทคโนโลยีที่ใช้คลื่นวิทยุเป็นตัวนำการสื่อสารที่จะยังคงรักษาข้อดีบางประการของบาร์โค้ดไว้ได้หรือไม่ ในทางปฏิบัติแล้ว ต้นทุนของระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแท็กที่ต้องผลิตเป็นจำนวนมาก ยังคงเป็นประเด็นสำคัญ เนื่องจากมีวงจรไฟฟ้า แท็กเหล่านี้จึงมีต้นทุนที่ไม่น้อยเลย ซึ่งสูงกว่าบาร์โค้ดมาก ดังนั้นจึงเป็นเหตุผลที่ว่าวิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดคือการผลิตแท็ก RF แบบไร้ชิป ต้นทุนที่สูงของแท็ก RFID เป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่ทำให้ RFID แบบมีชิปนั้นหายากในตลาดแท็กสำหรับผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายในวงกว้าง ซึ่งเป็นตลาดที่มีจำนวนการขายหลายหมื่นล้านหน่วยต่อปี ในตลาดนี้ บาร์โค้ดแบบออปติกถูกใช้งานอย่างแพร่หลายมาก

อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้ว RFID แบบมีชิปมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ รวมถึงระยะการอ่านที่เพิ่มขึ้นและความสามารถในการตรวจจับเป้าหมายที่อยู่นอกขอบเขตการมองเห็น ไม่ว่าจะอยู่ที่ใดก็ตาม แนวคิดของฉลาก RFID แบบไร้ชิปได้รับการพัฒนาขึ้นโดยมีเป้าหมายเพื่อแข่งขันกับบาร์โค้ดในบางด้านของการใช้งาน RFID มีข้อดีมากมายในแง่ของฟังก์ชันการทำงาน ปัญหาเดียวที่เหลืออยู่คือราคา บาร์โค้ดไม่มีคุณสมบัติอื่นใดนอกจากการระบุตัวตน แต่เทคโนโลยีนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าใช้งานได้ดี มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย และมีต้นทุนต่ำมาก

RFID แบบไร้ชิปยังมีข้อได้เปรียบเชิงฟังก์ชันที่แข็งแกร่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านต้นทุน ความทนทาน และความสามารถในการพิมพ์ ฟังก์ชันบางอย่างเป็นเวอร์ชันที่ลดทอนลงจากสิ่งที่ RFID สามารถทำได้ (ระยะการอ่าน/ความยืดหยุ่นในการอ่านลดลง...) ในขณะที่บางอย่างดูเหมือนจะมีความสำคัญมากขึ้นใน RFID แบบไร้ชิป (ความรอบคอบ ความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ของแท็ก) ข้อได้เปรียบหลักคือต้นทุนของแท็กแบบไร้ชิป เมื่อเทียบกับบาร์โค้ด เทคโนโลยีไร้ชิปต้องนำเสนอคุณสมบัติอื่นๆ ที่ไม่สามารถนำมาใช้กับวิธีการแบบออปติคอลได้ ในขณะที่ยังคงเป็นวิธีการที่มีต้นทุนต่ำมาก กล่าวคือ มีศักยภาพในการพิมพ์ได้ นี่คือเหตุผลที่ความสามารถในการเขียน/เขียนซ้ำและเซ็นเซอร์เป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีดังกล่าวในวงกว้าง ตัวอย่างเช่น การพัฒนาแท็กเซ็นเซอร์ที่มีต้นทุนต่ำมากกำลังเป็นที่รอคอยอย่างมากในขณะนี้ ด้วยเหตุผลด้านการใช้งาน^{[ 3 ]}

เช่นเดียวกับเทคโนโลยี RFIDที่มีอยู่หลายประเภทแท็ก RFID แบบไร้ชิปจะเชื่อมโยงกับเครื่องอ่าน RF เฉพาะ ซึ่งจะสอบถามแท็กและกู้คืนข้อมูลที่อยู่ในนั้น หลักการทำงานของเครื่องอ่านนั้นขึ้นอยู่กับการปล่อยสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) เฉพาะไปยังแท็ก และการรับสัญญาณที่สะท้อนกลับจากแท็ก การประมวลผลสัญญาณที่ได้รับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านขั้นตอนการถอดรหัส ทำให้สามารถกู้คืนข้อมูลที่อยู่ในแท็กได้^{[ 4 ]}

อย่างไรก็ตาม แท็ก RFID แบบไร้ชิปนั้นแตกต่างจากแท็ก RFID อย่างสิ้นเชิง ในแท็ก RFID แบบไร้ชิปนั้น ตัวอ่านจะส่งเฟรมเฉพาะ^{[ 5 ]}ไปยังแท็กตามรูปแบบการมอดูเลชั่นแบบไบนารีแบบคลาสสิก แท็กจะถอดรหัสสัญญาณนี้ ประมวลผลคำขอ อาจเขียนข้อมูลลงในหน่วยความจำ และส่งการตอบกลับโดยมอดูเลชั่นโหลด^{[ 6 ]}ในทางกลับกัน แท็ก RFID แบบไร้ชิปทำงานโดยไม่ต้องใช้โปรโตคอลการสื่อสารพวกมันใช้โครงข่ายของเสาอากาศไดโพลที่ปรับให้เข้ากับความถี่ต่างๆ^{[ 7 ]}ตัวสอบถามจะสร้างสัญญาณกวาดความถี่และสแกนหาสัญญาณตก เสาอากาศไดโพล แต่ละตัว สามารถเข้ารหัสได้หนึ่งบิต ความถี่ที่กวาดจะถูกกำหนดโดยความยาวของเสาอากาศ พวกมันสามารถมองได้ว่าเป็นเป้าหมายเรดาร์ที่มีลายเซ็นเฉพาะเจาะจง คงที่ ทั้งในเชิงเวลาหรือความถี่ ด้วยเทคโนโลยีนี้ การอ่านตัวระบุจากระยะไกลประกอบด้วยการวิเคราะห์ลายเซ็นเรดาร์ของแท็ก

ปัจจุบัน หนึ่งในความท้าทายหลักของเทคโนโลยีไร้ชิปคือความทนทานของการตรวจจับแท็กในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน^{[ 7 ]}การพยายามเพิ่มปริมาณข้อมูลที่แท็กไร้ชิปสามารถมีได้นั้นไร้ประโยชน์ หากไม่สามารถอ่านรหัสแท็กได้อย่างถูกต้องในสภาพแวดล้อมจริงและปราศจากเทคนิคการสอบเทียบที่ซับซ้อน การตรวจจับแท็กไร้ชิปในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวนนั้นยากกว่ามากใน RFID ไร้ชิปเมื่อเทียบกับ RFID UHF เนื่องจากไม่มีการมอดูเลชั่นตามเวลา นั่นคือไม่มีสถานะที่แตกต่างกันสองสถานะในสัญญาณการกระเจิงย้อนกลับ

หนึ่งในความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญในระบบ RFID แบบไร้ชิปคือการรักษาความสามารถในการตรวจจับแท็กที่เชื่อถือได้เมื่อวางแท็กบนวัสดุที่แตกต่างกัน พื้นผิวโค้งหรือพื้นผิวที่สูญเสีย หรือภายใต้ทิศทางและระยะห่างที่แตกต่างกัน ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนในสัญญาณเรดาร์ครอสเซคชั่น (RCS) ที่สะท้อนกลับ ทำให้วิธีการถอดรหัส แบบดั้งเดิม มีประสิทธิภาพน้อยลง งานวิจัยล่าสุดได้ตรวจสอบการใช้ปัญญาประดิษฐ์เพื่อเพิ่มความสามารถในการอ่านแท็กและความทนทานภายใต้ความแปรผันดังกล่าว Rather และคณะได้แสดงให้เห็นว่า แบบจำลอง การเรียนรู้เชิงลึกรวมถึงโครงข่ายประสาทเทียมแบบคอนโวลูชั่นหนึ่งมิติ (1D-CNN) และสถาปัตยกรรมโครงข่ายประสาทเทียมแบบคอนโวลูชั่นเชิงลึกแบบไฮบริด (DCNN) สามารถปรับปรุงความแม่นยำในการตรวจจับแท็กได้อย่างมีนัยสำคัญในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายและการเสียรูปของแท็ก^{[ 8 ] [ 9 ]}

ในปี พ.ศ. 2544 ศูนย์วิจัย Roke Manorประกาศวัสดุที่ปล่อยรังสีลักษณะเฉพาะเมื่อเคลื่อนที่ วัสดุเหล่านี้อาจถูกนำมาใช้เพื่อจัดเก็บข้อมูลจำนวนเล็กน้อยที่เข้ารหัสไว้ในกรณีที่มีหรือไม่มีสารเคมีบางชนิด^{[ 10 ]}

Somark ใช้ บาร์โค้ด ไดอิเล็กทริกที่สามารถอ่านได้โดยใช้ไมโครเวฟวัสดุไดอิเล็กทริกสะท้อน ส่งผ่าน และกระจายรังสีที่ตกกระทบ ตำแหน่งและการวางแนวที่แตกต่างกันของแท่งเหล่านี้ส่งผลต่อรังสีที่ตกกระทบแตกต่างกัน จึงเข้ารหัสการจัดเรียงเชิงพื้นที่ในคลื่นสะท้อน วัสดุไดอิเล็กทริกสามารถกระจายในของเหลวเพื่อสร้างหมึกไดอิเล็กทริกได้^{[ 11 ]}ส่วนใหญ่ใช้เป็นแท็กสำหรับปศุสัตว์ ซึ่ง "ทาสี" โดยใช้เข็มพิเศษ หมึกอาจมองเห็นได้หรือมองไม่เห็นขึ้นอยู่กับลักษณะของไดอิเล็กทริก ความถี่ในการทำงานของแท็กอาจเปลี่ยนแปลงได้โดยใช้ไดอิเล็กทริกที่แตกต่างกัน^{[ 12 ]}

ระบบนี้ใช้สนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน วัสดุจะสั่นพ้องที่ความถี่ต่างกันเมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสี ผู้อ่านจะวิเคราะห์สเปกตรัมของสัญญาณสะท้อนเพื่อระบุวัสดุ พบวัสดุที่แตกต่างกัน 70 ชนิด การมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของวัสดุแต่ละชนิดอาจใช้ในการเข้ารหัสบิต ทำให้สามารถเข้ารหัสสตริงไบนารีที่ไม่ซ้ำกันได้ถึง 2 ⁷⁰สตริง ระบบทำงานที่ความถี่ระหว่าง 3 ถึง 10 กิกะเฮิร์ตซ์^{[ 13 ]}

ในปี พ.ศ. 2547 Tapemark ประกาศ RFID แบบไร้ชิปซึ่งจะมีเพียงเสาอากาศแบบพาสซีฟที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเพียง 5  ไมโครเมตรเสาอากาศประกอบด้วยเส้นใยขนาดเล็กที่เรียกว่าโครงสร้างนาโนเรโซแนนซ์ ความแตกต่างเชิงพื้นที่ในโครงสร้างจะเข้ารหัสข้อมูล ตัวอ่านจะส่งพัลส์ที่สอดคล้องกันและอ่านรูปแบบการรบกวนกลับมาซึ่งถอดรหัสเพื่อระบุแท็ก โดยทำงานในช่วงความถี่ 24 GHz–60 GHz ^{[ 14 ]}ต่อมา Tapemark ได้ยกเลิกเทคโนโลยีนี้

อุปกรณ์ ของ Sagentiaเป็นอุปกรณ์อะคูสโตแมกเนติก โดยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการสั่นพ้องของวัสดุแมกเนโตสตริก ทีฟที่อ่อนตัวทางแม่เหล็กและความสามารถ ในการเก็บรักษาข้อมูลของวัสดุแม่เหล็กแข็ง ข้อมูลจะถูกเขียนลงในการ์ดโดยใช้วิธีการสัมผัส การสั่นพ้องของ วัสดุ แมกเนโตสตริก ทีฟ จะเปลี่ยนแปลงไปตามข้อมูลที่เก็บไว้ในวัสดุแข็ง ฮาร์โมนิกอาจถูกเปิดหรือปิดใช้งานตามสถานะของวัสดุแข็ง ดังนั้นจึงเข้ารหัสสถานะของอุปกรณ์เป็นลายเซ็นสเปกตรัม แท็กที่ Sagentia สร้างขึ้นสำหรับAstraZenecaจัดอยู่ในประเภทนี้^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

เทคโนโลยี Flying Null ใช้โครงสร้างแม่เหล็กแบบพาสซีฟหลายชุด คล้ายกับเส้นที่ใช้ในบาร์โค้ดทั่วไป โครงสร้างเหล่านี้ทำจากวัสดุแม่เหล็กอ่อน ตัวอ่านประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรสองตัวที่มีขั้วเหมือนกัน สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะมีปริมาตรเป็นศูนย์อยู่ตรงกลาง นอกจากนี้ยังมีการใช้รังสีในการสอบถาม สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยตัวอ่านจะทำให้วัสดุอ่อนเกิดการอิ่มตัว ยกเว้นเมื่ออยู่ที่ปริมาตรเป็นศูนย์ เมื่ออยู่ในปริมาตรเป็นศูนย์ แม่เหล็กอ่อนจะทำปฏิกิริยากับรังสีในการสอบถาม ทำให้สามารถระบุตำแหน่งของวัสดุอ่อนได้ ความละเอียดเชิงพื้นที่มากกว่า 50 μm สามารถทำได้^{[ 18 ] [ 19 ]}

อุปกรณ์ คลื่นเสียงพื้นผิวประกอบด้วยผลึกเพียโซอิเล็กทริกคล้ายลิเธียมไนโอเบต ซึ่งมีตัวแปลงสัญญาณสร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีโฟโตลิโท กราฟีแบบชั้นโลหะเดียวตัวแปลงสัญญาณมักจะเป็นตัวแปลงสัญญาณแบบอินเตอร์ดิจิทัล (IDT) ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายหวีสองซี่ เสาอากาศจะติดอยู่กับ IDT สำหรับการรับและส่งสัญญาณ ตัวแปลงสัญญาณจะแปลงคลื่นวิทยุที่ตกกระทบให้เป็นคลื่นเสียงพื้นผิวซึ่งเดินทางไปบนพื้นผิวของผลึกจนกระทั่งถึงตัวสะท้อนการเข้ารหัสซึ่งจะสะท้อนคลื่นบางส่วนและส่งผ่านส่วนที่เหลือ IDT จะรวบรวมคลื่นสะท้อนและส่งไปยังเครื่องอ่าน ตัวสะท้อนตัวแรกและตัวสุดท้ายใช้สำหรับการสอบเทียบเนื่องจากการตอบสนองอาจได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ ตัวสะท้อนคู่หนึ่งอาจใช้สำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาด การสะท้อนจะมีขนาดใหญ่ขึ้นจากใกล้ที่สุดไปยังไกลที่สุดของ IDT เพื่อชดเชยการสูญเสียเนื่องจากตัวสะท้อนก่อนหน้าและการลดทอนของคลื่น ข้อมูลจะถูกเข้ารหัสโดยใช้การมอดูเลชั่นตำแหน่งพัลส์ (PPM) ผลึกจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มตามตรรกะ โดยแต่ละกลุ่มมักมีความยาวเท่ากับส่วนกลับของแบนด์วิดท์ แต่ละกลุ่มจะถูกแบ่งออกเป็นช่องที่มีความกว้างเท่ากัน สามารถวางตัวสะท้อนแสงในช่องใดก็ได้ โดยปกติช่องสุดท้ายในแต่ละกลุ่มจะไม่ได้ใช้งาน ทำให้เหลือตำแหน่งสำหรับตัวสะท้อนแสง n-1 ตำแหน่ง ดังนั้นจึงเข้ารหัสสถานะได้ n-1 สถานะ อัตราการทำซ้ำของ PPM เท่ากับแบนด์วิดท์ของระบบ ตำแหน่งช่องของตัวสะท้อนแสงอาจใช้เพื่อเข้ารหัสเฟส การพึ่งพาอุณหภูมิของอุปกรณ์หมายความว่าอุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิได้อีกด้วย^{[ 20 ]}

พวกเขาใช้โครงข่ายเสาอากาศไดโพลที่ปรับให้เข้ากับความถี่ต่างๆ ตัวสอบถามสร้างสัญญาณกวาดความถี่และสแกนหาสัญญาณตก เสาอากาศไดโพลแต่ละตัวสามารถเข้ารหัสได้หนึ่งบิต ความถี่ที่กวาดจะถูกกำหนดโดยความยาวของเสาอากาศ^{[ 21 ]}

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการปรับปรุงระบบการสื่อสารมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบที่ใช้ชิปอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีวงจรรวมเป็นหัวใจหลักของระบบ อย่างไรก็ตาม การแพร่หลายของระบบที่ใช้ชิปเหล่านี้ เช่น ระบบ RFID ได้ก่อให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมขึ้น

เมื่อไม่นานมานี้ โครงการวิจัยใหม่ๆ เช่นโครงการ ScattererID ที่ได้รับทุนจากสภาวิจัยยุโรป (ERC) ^{[ 22 ]}ได้นำเสนอแนวคิดระบบการสื่อสาร RF ที่ใช้ฉลากแบบไร้ชิป ซึ่งสามารถเพิ่มฟังก์ชันการทำงานที่มีประโยชน์ใหม่ๆ ได้ ฉลากเหล่านี้มีต้นทุนที่เทียบเท่ากับบาร์โค้ด และควรโดดเด่นด้วยการให้ฟังก์ชันการทำงานมากกว่าวิธีการแบบออปติคอล วัตถุประสงค์ของ โครงการ ScattererIDคือการแสดงให้เห็นว่าสามารถเชื่อมโยงรหัสฉลากแบบไร้ชิปกับคุณสมบัติอื่นๆ ได้ เช่น ความสามารถในการเขียนและเขียนข้อมูลซ้ำ การเชื่อมโยงรหัสกับฟังก์ชันเซ็นเซอร์ และการเชื่อมโยงรหัสกับการ จดจำท่าทาง

ความเป็นไปได้ในการออกแบบแท็กที่ปรับเปลี่ยนได้และมีต้นทุนต่ำนั้นเกี่ยวข้องกับการพัฒนาแนวทางใหม่ๆ ที่ล้ำหน้า เช่น การใช้ CBRAM จากไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างองค์ประกอบที่ปรับเปลี่ยนได้โดยใช้สวิตช์ระดับนาโน

นอกเหนือจากแนวคิดที่สามารถปรับเปลี่ยนโครงสร้างได้แล้ว ความก้าวหน้าเพิ่มเติมยังมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มความหนาแน่นของข้อมูลและการรวมฟังก์ชันการตรวจจับเข้าไว้ในแท็ก RFID แบบไร้ชิปเพียงแท็กเดียว Rather และคณะได้เสนอวิธีการออกแบบใหม่ที่ช่วยให้สามารถเข้ารหัสข้อมูลได้สูงถึง 18 บิตภายในแท็กขนาดกะทัดรัดประมาณ 4.8 ซม. ในขณะเดียวกันก็รวมความสามารถในการตรวจจับไว้ในโครงสร้างเดียวกัน^{[ 23 ]}วิธีการนี้ใช้การกำหนดค่าแท็กแบบลดขั้วและรูปทรงเรขาคณิตของตัวเรโซเนเตอร์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสเปกตรัม สูง และประสิทธิภาพที่แข็งแกร่ง ซึ่งแสดงถึงความหนาแน่นของบิตที่สูงที่สุดที่รายงานไว้ร่วมกับกลไกการตรวจจับที่ทำงานภายในย่านความถี่ที่คล้ายกัน