RFID: тернистый путь к успеху

Радиометка, или транспондер (тег), является основным компонентом этой технологии и непосредственным носителем уникальной информации и идентификатором предметов и даже людей. Первые радиометки применялись еще во времена Второй мировой войны: тогда теги использовались в военной авиации и стоили несколько тысяч долларов, а информация о них была засекречена. Лишь в 1973 г. Марио Кардулло и соавторы опубликовали патент США № 3 713 148, описывающий первый пассивный транспондер RFID (радиометку). К 80-м годам метки подешевели до $1 и стали применяться для оплаты проезда в общественном транспорте. Развитие и широкое внедрение радиоидентификации долго сдерживалось отсутствием стандартов. Но в 90-x годах ХХ века Международная организация по стандартизации (ИСО) приняла ряд основополагающих стандартов в области RFID, которые были широко поддержаны производителями считывающей аппаратуры и радиометок. Этот факт наряду со снижением стоимости транспондеров, несомненно, подтолкнул предприятия к активному внедрению RFID.

Дальнейшая ценовая «эволюция» привела технологию в торговлю и на склады: после того, как стоимость тегов достигла $0,2, их начали использовать для учета товаров и контроля их движения. Еще тогда появились прогнозы, что в итоге теги вытеснят штрих-коды. Возможно, когда-нибудь такое и случится, но эксперты считают, что для этого только в России ежегодно понадобятся десятки миллиардов меток стоимостью не более $0,05. Кстати, недавно немецкими учеными сделан еще один шаг в направлении снижения себестоимости тегов, и вот какой.

Наночернила

Еще несколько лет назад громоздкие телевизионные приемники были обычными предметами в наших квартирах, а теперь экраны стали настолько легкими и плоскими, что без труда закрепляются на стене. Детальное же рассмотрение их устройства обнаружит весьма тонкие проводящие элементы и транзисторы, которые регулируют электрические сигналы, подаваемые на пиксели экранов.

Архитектура электронных устройств, о которой идет речь, создается слой за слоем, обычно с применением метода фотолитографии. На специально подготовленную поверхность (очищенную и выровненную) производится осаждение материалов – субстрата и фоторезиста (полимерного светочувствительного материала), которые затем подвергаются воздействию света в присутствии маски-фотошаблона с рисунком, позволяющим засвечивать лишь определенные участки подложки. В результате экспозиции «засвеченный» фоторезист изменяет свои свойства, например, становится растворимым, после чего его убирают, а затем методом травления удаляют с открытых участков и субстрат, оставляя на подложке лишь незасвеченный рисунок.

Однако у описанного процесса существует крупный недостаток: бо’льшая часть осаждаемых материалов, которая затем удаляется путем травления, не используется. Целью любого производства является сокращение стоимости и используемых в технологии ресурсов, поэтому актуальной задачей стала разработка метода, при котором материал наносится только на участки, непосредственно формирующие рисунок.

Технология «печатной электроники» уже разработана для задач нанесения полимерных проводящих материалов. Однако по электрическим свойствам они уступают неорганическим аналогам. В полимерах перенос заряда происходит более медленно, поэтому, например, напечатанные RFID-чипы имеют более короткую зону проводимости по сравнении с классическими электронными схемами. Кроме того, они более чувствительны к воздействию влаги и ультрафиолета.

Ученые из Фраунгоферовского института интегральных систем и технологии полупроводниковых приборов (Fraunhofer Institute of Integrated Systems and Device Technology, Эрланген) подготовили к запуску технологическую линию, с помощью которой можно печатать неорганические электронные компоненты, подавая материал для осаждения по такому же принципу, как работают офисные принтеры. «Мы разработали чернила, состоящие из наночастиц, с добавлением стабилизатора для улучшения качества обработки и предотвращения агрегирования», – рассказывает руководитель исследовательской группы Майкл Дженк (Michael Jank).

Наночернила уже прошли первые технологические испытания, и, по словам Дженка, могут появиться в составе устройств, выполняющих простые функции, уже в течение года. «Мы ожидаем, что стоимость продукции на основе нашей разработки станет ниже примерно в два раза по сравнению с продукцией, в которой для относительно простых целей используются кремниевые электронные аналоги», – комментирует Дженк. Печатаемые теги должны стать достаточно дешевыми для того, чтобы их можно было разместить на упаковке недорогих продуктов, например йогурта, где они помогли бы контролировать температуру и прочие данные о хранении и транспортировке товаров.

Рынок

Пока компании-производители тегов бьются над снижением их цены, рынок RFID продолжает расти. Как сообщает ABI Research, в 2009 г. его объем достигнет $5,6 млрд. (прогнозы на 2008 г. – $5,3 млрд.*) с учетом продаж RFID-транспондеров, приемников, программного обеспечения и услуг. «Бесспорно, кризис повлияет на рынок, – говорит аналитик ABI Research Майкл Лиард (Michael Liard). – Но, несмотря на это и некоторые другие факторы, динамика его развития будет положительной». Аналитики не думают, что из-за кризиса выручка будет сокращаться. Во всяком случае, сейчас она продолжит увеличиваться, хотя и не такими темпами, как ожидалось ранее. По мнению экспертов, поставщики RFID-решений должны делать акцент на их экономичности, невысокой стоимости внедрения и обслуживания. Это особенно важно в нынешних экономических условиях.

Несмотря на нерешенность технических проблем, ограничивающих использование радиочастотной идентификации, разговоры вокруг потенциальных и необыкновенных ее возможностей не утихают. Недавно журналисты программы PBS Nightly Business News вместе с Knowledge@Wharton составили список 30-ти лучших инноваций, сделанных за последние 30 лет. Издание PC World, в свою очередь, выбрало из этого списка семь технологий, которые в наибольшей степени изменили мир. Среди них оказалась и RFID, причем в очень достойном окружении таких уже перевернувших мир изобретений, как графические интерфейсы, Интернет, онлайновые социальные сети и электронная торговля, мобильные телефоны, ноутбуки и десктопы.

Невероятно, но факт

Мы уже писали о разных областях, в которых может использоваться RFID. Недавно журнал Wired назвал десять самых неожиданных вариантов применения этой технологии: о некоторых из них «СиТ» уже рассказывал в предыдущих публикациях.

Аризонские кактусы. На черном рынке ландшафтных растений эти крупные кактусы стоят больше $1000. Национальный аризонский парк «Сагуаро» планирует использовать RFID-метки, чтобы контролировать сохранность этих редких гигантов.

Слоны. Департамент лесного хозяйства Нью-Дели требует, чтобы все эти животные, участвующие в национальных праздниках, были помечены радиометками. Так легче будет их идентифицировать и брать под контроль в случае внезапных приступов агрессии. Это предложение поступило в ответ на сообщение полиции о том, что за последние четыре месяца зафиксировано уже около 50 инцидентов в связи с участием слонов в парадах. Агрессивное поведение животных приводило к разрушениям и даже человеческим жертвам. Чипами планируется пометить около 1000 слонов. Для выполнения этой задачи властям необходимо содействие со стороны их владельцев. Метка размером меньше рисового зерна помещается под ухо слона, однако для ее установки необходимо, чтобы животное лежало.

Хирургические губки. По статистике, при хирургических операциях на брюшной полости в одном случае из тысячи в животе пациента остается хирургическая губка. Теперь с помощью системы SmartSponges врач сможет быстро обнаружить потерю, проведя считывателем вдоль тела оперируемого.

Мексиканцы. Служба безопасности Xega Company разработала чип размером с рисовое зерно, посредством инъекции вводимый в тело клиента. После этого с помощью GPS можно отслеживать его перемещения и определять местонахождение в случае похищения. Чип стоит $4000, еще $2200 составляет годовая абонентская плата. Но в стране, где в прошлом году было похищено 6,5 тыс. человек, такая мера вполне может оказаться востребованной.

Покрышки Pirelli. Чип в «кибер-покрышках» Pirelli передает информацию о состоянии дороги и коэффициенте трения бортовому компьютеру. Это позволяет оптимизировать работу электронных систем автомобиля: ESP, ABS, ASR.

Клабберы. В барселонском клубе «Баха Бич» перешли на новую систему работы с VIP-клиентами. Им вводят RFID-чип, связанный с их банковскими картами и таким образом позволяющий обходиться на вечеринках без кошелька. Радиометка дает право на проход в VIP-зону, а также используется для оплаты напитков в баре. Первым, кто имплантировал себе такой чип от VeriChip Corporation, стал сам хозяин заведения.

Токио. Японская столица как будто поставила задачу охватить микрочипами все элементы городской инфраструктуры – от автобусных остановок до ресторанов. Похоже, скоро туристы смогут получать карты, расписания и любую другую информацию, просто помахав телефонами.

Полицейские бейджи. Фирма Blackinton предложила систему безопасности для полицейских бейджей. Теперь в них будут встраивать идентификационные чипы, таким образом, риск мошенничества и подделок сократится. Да и приемы из «Терминатора-2» больше не пройдут.

Заключенные. В Британии тюрьмы переполнены, поэтому было решено часть заключенных выпустить на свободу. Однако уголовников продолжат контролировать, отслеживая их перемещения с помощью чипов, чтобы своевременно вмешаться, если понадобится.

Кошачьи двери. Перемещения питомцев можно контролировать лучше и в случае необходимости «запирать» кошачью дверку, не выпуская животное из дома. А котам нет больше необходимости носить ошейник.

Возможно, скоро к этому списку присоединится еще один неожиданный способ использования RFID. Недавно дизайнер Бен Грин (Ben Greene) выдвинул интересную идею относительно того, как могут найти друг друга два одиноких сердца. Он предлагает создать электронные браслеты, в которые будет закладываться информация о личностных предпочтениях, т. е. о том, что человек любит, а что ему не нравится. После того как вся необходимая информация занесена в устройство, браслет можно активировать одним из двух способов  – в режиме «искатель» или «искомый». После активации браслет начинает передавать радиосигналы всем, кто в данный момент находится в клубе знакомств; на запястьях наиболее совместимых личностей в унисон начнут мигать огоньки. При сближении двух «половинок» огоньки на их браслетах начинают светиться ярче.

Но как ни любопытны эти экзотические способы использования RFID, давайте вернемся к более масштабным и практичным решениям, использующим данную технологию. Начнем с логистики.

RFID на упаковке

Компания Mondi Corrugated Packaging начала производство гофроящиков с RFID-чипами. Новшество сделает процессы сканирования, отслеживания и приемку груза намного более эффективными. Теперь «умная» тара будет оснащаться RFID-чипами на высокоскоростной производственной линии, и отпадет необходимость в ручном приклеивании ярлыков. Использование RFID вместо традиционных штрих-кодов позволит сканировать паллеты целиком, что значительно сэкономит время. «Умная» тара обеспечит круглосуточный доступ к информации о наличии и местонахождении товара. Это облегчит складскую работу и ускорит процесс инвентаризации.

Фирма Rexam представила на рынок новый вид фармацевтической упаковки – бутылочки, на которые нанесены пластинки с RFID-чипами, что обеспечивает полный контроль за перемещением продукта с момента упаковки. Чипы, произведенные для Rexam партнерской компанией Traxxec, обеспечивают чтение и запись необходимой информации. Их применение экономически более эффективно по сравнению с существующими аналогами.

Крупнейший японский производитель упаковки Toyo Seikan Kaisha разработал первую металлическую банку для напитков, оснащенную RFID-чипом (напомним, что в 2007 г. эта компания совместно с фирмой NEC изготовила пластиковую крышку со встроенным тегом). Как известно, обычные RFID-теги не функционируют на металлической поверхности, что связано с интерференцией и дифракцией радиосигнала. Специалисты из Toyo Seikan Kaisha прикрепили антенну к кольцу на банке и соединили ее с чипом, и таким образом удалось наладить коммуникацию. Как заявляет производитель, дизайн самой банки и крышки не изменился, и при ее заполнении и запайке можно использовать традиционное оборудование без каких-либо изменений. Новые RFID-чипы позволят содержать информацию об условиях хранения и целостности упаковки.

Чипы радиочастотной идентификации, которые позволят использовать эту технологию в любых условиях хранения, в том числе и на металлических поверхностях, также презентовала компания Ferroxcube. Изделия имеют вес 2,5 г, габариты 25 х 12,5 х 5 мм, прикрепляются к упаковке клеем, двусторонней клейкой лентой или болтами, действуют при температуре от -25 °С до +130 °С.

А вот группа немецких исследователей и компания Alcan Packaging недавно представили результаты научно-практического проекта на базе RFID по созданию системы дистанционного отслеживания и автоматической идентификации упакованных продуктов питания и медикаментов. Целью проекта Smart Pack, проводившегося при финансовой поддержке германского Федерального министерства науки и образования с 2005 г., было создание технологии, позволяющей обеспечить защиту товара от подделки, кражи, индивидуальную запись информации, отследить его путь в логистической сети. Оригинальность технологии состоит в первую очередь в том, что пассивные сенсоры, интегрированные в упаковку, могут не только служить носителями информации, но также сообщать о состоянии продукта, сигнализируя о нарушении температурного режима и параметров влажности. Таким образом, потребитель на конечной стадии дистрибуции сможет определить, соблюдался ли температурный режим хранения, а также судить о целостности упаковки.

Новый стандарт

Еще одной проблемой, ограничивающей широкомасштабное внедрение RFID, является отсутствие необходимых нормативов и стандартов. Чтобы устранить ее, Международная организация по стандартизации ISO ввела в действие новый радиочастотный стандарт ISO/TS 10891:2009, регламентирующий использование RFID-меток, употребляемых для идентификации грузовых контейнеров морским, железнодорожным и автомобильным транспортом.

Стандарт ISO/TS 10891:2009 регламентирует применение постоянно прикрепленных чипов, на которые записаны данные о контейнере, и оптимизирует эффективность применения контрольного оборудования. В частности, устанавливаются требования для RFID-тегов при передаче информации от чипа к обрабатывающим системам, требования к системам кодификации данных о контейнере, составу записанных данных. Этим стандартом также устанавливаются требования к месту расположения радиочастотной метки на контейнере и защите данных на ней от умышленного или непреднамеренного удаления.

«Контейнеризация сократила время и стоимость доставки товаров на рынки через океан, количество их краж в процессе доставки. Кроме того, она привела к повышению безопасности транспортировки. Стандарт ISO/TS 10891 поможет производителям контейнеров, судоходным компаниям, грузополучателям, операторам терминалов, железнодорожным операторам получать преимущества от использования RFID для обеспечения эффективности, скорости, безопасности перевозки и обработки контейнеров», – заявил Фрэнк Нечбер (Frank Nechber), руководитель комитета ISO, разработавшего этот стандарт.

Телевизор + RFID

Компания Sony анонсировала грядущий выпуск в Японии двух новых серий телевизоров Bravia с частотой обновления 240 Гц. Модели обладают функцией чтения RFID-меток, которая встроена в их пульты ДУ и позволяет пользователям платить за различные мультимедийные услуги (например «видео по запросу») с помощью мобильных телефонов. Серия W5 предлагается в 40-, 46- и 52-дюймовых вариантах, все они обладают FullHD-разрешением и частотой 240 Гц. Устройства из линейки F5 скромнее по размерам (доступны варианты на 32, 40 и 42 дюйма), но имеют такие же параметры панелей (за исключением младшей модели, которая поддерживает разрешение 1366 x 768 на 120 Гц). Новинки отличаются маленькой толщиной (всего 85 мм) и хорошей контрастностью (3800:1).

Мобильник вместо кредитки

Компания Visa сообщила о начале «полевых» испытаний инновационной платежной системы, в которой функцию пластиковой карты выполняет обыкновенный сотовый телефон. За организацию безопасного взаимодействия между платежным терминалом и мобильным устройством отвечает специальный чип, обеспечивающий возможность беспроводной связи ближнего радиуса действия. На данный момент таким чипом оснащаются телефоны Nokia 6212.

Для того чтобы воспользоваться услугой, пользователю достаточно приобрести телефон, оснащенный нужным электронным компонентом, и «привязать» устройство к собственному банковскому счету. После выполнения этой несложной процедуры он сможет оплачивать товары или услуги, просто поднося телефон к платежному терминалу на расстояние не более 4 см. В результате этих манипуляций нужная сумма будет автоматически снята со счета. При желании пользователь сможет ввести пароль, который предотвратит утечку средств с банковского счета в случае кражи телефона. Впрочем, если владелец устройства забыл о соблюдении мер предосторожности, банк самостоятельно отключит возможность совершения платежей с мобильника по заявлению клиента.

В настоящее время услуга предоставляется только на территории Малайзии, однако в течение нескольких последующих лет преимущества указанного сервиса смогут оценить и жители других стран. Для большего удобства клиентов новая технология предусматривает возможность перевода средств с нескольких счетов. К примеру, малайзийские пользователи могут завести отдельные счета для оплаты услуг парковки или проезда в общественном транспорте. В недалеком будущем телефон также сможет сочетать в себе функциональность кредитных или дебетовых карт, предоставляемых разными банками. Для быстрого переключения на различные счета на мобильник необходимо установить соответствующее программное обеспечение.

Аналогичные решения, созданные на базе RFID-технологий, уже успели приобрести популярность на территории США. Однако многим пользователям придется по душе возможность использования телефона вместо обычной карты, которую перед эксплуатацией необходимо извлечь из специального отделения в бумажнике.

Intel: питание от радиоволн

На конференции Rawcon в Сан-Диего (США) исследователи из лаборатории компании Intel (Сиэтл) продемонстрировали технологию WARP (Wireless Ambient Radio Power), которая позволяет по радиоканалу подать питание мощностью до 60 мВт на расстояние до 4,1 км. При испытаниях разработчикам удалось обеспечить работу датчика температуры и влажности с жидкокристаллическим экраном от радиосигнала с телевизионного передатчика.

В настоящее время используются три естественных (бесплатных) источника питания – вибрация, солнечный свет и тепло. Технология WARP дополняет этот список возможностью питания от телевизионного сигнала. По словам Джошуа Смита (Joshua Smith), одного из соавторов WARP, их технология не является результатом масштабных открытий в области конструирования микросхем или радиофизики. По сути, реализация технологии WARP стала возможной лишь благодаря эволюции традиционной электроники и является развитием платформы беспроводного считывания информации WISP (Wireless Identification and Sensing Platform) на базе серийных считывающих устройств для RFID-меток, работающих в СВЧ-диапазоне (в большинстве телевизоров этот диапазон обозначается как UHF). Каждый модуль WISP содержит радиотег со встроенным микроконтроллером – сейчас это чип Texas Instruments MSP430.

Каждый WISP-модуль включает в себя логопериодическую антенну, компоненты для согласования электрических сопротивлений, улавливатель энергии радиосигнала, демодулятор для информации, поступающей из считывающего устройства в WISP-модуль, и модулятор для передачи данных в считывающее устройство. Также в состав модуля входит регулятор напряжения, программируемый микроконтроллер (пресловутый MSP430) и дополнительные внешние датчики. Улавливатель энергии представляет собой 4-ступенчатый генератор подкачки заряда. Потребляемая мощность стандартного WISP-модуля составляет в среднем от 2 мкВт до 2 мВт.

Авторы технологии WARP практически повторили конструкцию модулей WISP, только изменили входной контур улавливателя энергии, настроив его на один из телевизионных каналов. В результате доработанный серийный WISP-модуль стал получать энергию не от RFID-ридера, а от телевышки!

RFID в России

С недавнего времени RFID-технологии начали применять и в России. Правда, первый широкомасштабный опыт – использование тегов в билетах для прохода в московское метро – нельзя назвать очень удачным. Во-первых, их покупатели не получили ровно никакой выгоды, поскольку стоят они столько же, сколько и билеты старого образца, и покупать их надо в тех же кассах. Время ни на покупку, ни на проход через турникеты не сократилось. Кроме того, как выяснилось, их не так сложно подделать, чем не замедлили воспользоваться мошенники. Долгое время они действовали совершенно безнаказанно, открыто продавая фальшивки на станциях метро, в частности «ВДНХ», где в час пик в кассы выстраиваются огромные очереди. Лишь в начале марта сотрудниками ГУВД Москвы было задержано около 100 членов преступной группы.

Официальным поставщиком проездных билетов с чипами на базе RFID-технологий является зеленоградский завод «Микрон». За 2008 г. «Микрон» поставил более 250 млн. бесконтактных карт столичной подземке и другим российским предприятиям. Несмотря на кризисные явления, у ОАО «НИИМЭ и Микрон» остаются грандиозные планы по развитию. Так, у «Микрона» есть все шансы уже в этом году совместно с госкорпорацией «Роснано» начать финансирование проекта по подготовке к освоению технологии производства микросхем с топологическим размером 90 нм. Об этом на торжественном приеме, посвященном 45-летию предприятия, заявил его гендиректор Геннадий Красников. Технологическим партнером по этому проекту является французская компания ST Microelectronics, которая готова поставить «Микрону» новую технологию.

«Помимо поставок транспортных карт, где мы уже выходим в регионы, открываются и другие направления с точки зрения использования RFID – в первую очередь в розничной торговле, где нужны миллиарды RFID-меток, – рассказал Красников. – Сейчас глава «Роснано» Анатолий Чубайс взял под личный контроль проект внедрения RFID-технологий в торговле. Это открывает для нас колоссальный рынок».

Результатами этого внедрения решил воспользоваться банковский сектор. Некоторые банки уже предоставляют своим клиентам возможность оплачивать проезд в метрополитене с помощью банковских карт с внедренным в них RFID-чипом. Вслед за столичными Citibank, «Банком Москвы» и «Мастер-Банком» проект был реализован в С.-Петербурге. ГУП «Санкт-Петербургский метрополитен» совместно с Банком «Санкт-Петербург» выпускает для пассажиров Петербургского метрополитена карту «Единая», совмещенную с международной банковской картой VISA Electron. Держатель карты «Единая–VISA Electron» может использовать ее для оплаты проезда в Петербургском метрополитене, для расчетов за товары и услуги в оборудованных POS-терминалами торгово-сервисных предприятиях, для получения наличных денежных средств в банкоматах и пунктах выдачи наличных.

Другим масштабным RFID-проектом стал обмен старых загранпаспортов на новые, так называемые биометрические. Несмотря на финансовые трудности, москвичи собираются на отдых за рубеж, и к весне число выданных загранпаспортов возросло вдвое, причем 80% из них – биометрические. Отметим, что ценовая разница между старым (400 руб. госпошлины) и новым (1000 руб.) паспортами довольно существенна, однако никаких особых преимуществ «дорогой» паспорт не дает. Новый документ отличается от старого специальным знаком на лицевой стороне, говорящим о том, что паспорт содержит биометрические данные, но ни отпечатков пальцев, ни сетчатку глаза у его владельца пока не снимают. Разница в том, что страница с фотографией в новом паспорте находится не в конце, а в начале, а привычную печать заменила голограмма. Однако зачастую сотрудники паспортных столов настоятельно рекомендуют москвичам оформлять именно биометрические паспорта, утверждая, что старые паспорта изготавливаются гораздо дольше, нежели биометрические, хотя по закону процедура не должна занимать более 30 дней, а в Москве было решено сократить этот срок до 20 дней.

В ФМС утверждают, что в документе имеется электронная начинка: в одну из страничек встроен RFID-чип, на который записана информация, отраженная на первой странице паспорта. Считается, что чип невозможно подделать, а его сведения поддаются прочтению только с помощью специального устройства. Информация на чипе также защищена электронной подписью.

Недавно в СМИ появилось сообщение о еще одном масштабном и весьма перспективном проекте. Наблюдательный совет Российской корпорации нанотехнологий одобрил участие корпорации в организациии высокотехнологичного предприятия по выпуску RFID-меток, которое будет являться как собственником производственных мощностей в России, Италии и Сербии, так и технологий и ноу-хау. Оно будет создано совместно с итальянской компанией Galileo Vacuum Systems S.p.a. Общая стоимость проекта составит 43 млн. евро, из которых 21 млн вложит российская сторона.

По расчетам крупнейших российских ретейлеров (Х5 Retail Group, Auchan), в результате внедрения RFID-систем произойдет снижение складских затрат, а также сокращение потерь от воровства на 40%. В проекте используется инновационная нанотехнология компании Galileo Vacuum Systems, позволяющая металлизировать любую гибкую поверхность, в том числе выборочно (по заданному рисунку), с высокой производительностью и низкой себестоимостью производства. Еще одним продуктом нового предприятия станет металлизированная упаковка (из пленки и бумаги). Производство таких материалов в РФ является очень перспективным, поскольку около 80% металлизированной пленки и почти 100% бумаги импортируется в РФ из других стран.