Batterieloses UHF RFID: Schlüssel für schlankes industrielles IoT

Die rasche Expansion von IoT beleuchtet bereits die Grenzen batteriebetriebener Geräte – sowohl aus Nachhaltigkeitsperspektive als auch in Bezug auf Vorhersagbarkeit und Kosten. Bis 2025 wird der kombinierte Consumer- und Industrielle-IoT-Markt laut einem Prudour-Bericht von 2020 auf 11,1 Billionen US-Dollar projiziert. Um diese Herausforderungen anzugehen, wenden sich Industry-4.0-Entwickler batterielosen Lösungen zu, wobei UHF RFID-Technologien – insbesondere jene, die von der RAIN RFID Alliance vorangetrieben werden – den Weg weisen.

Die RAIN RFID Alliance, ähnlich der Bluetooth SIG und Wi‑Fi Alliance, fördert eine Technologie, die UHF RFID mit der Cloud verknüpft und ermöglicht, dass Daten von RFID-Tags über das Internet gespeichert, verwaltet und geteilt werden. Mitgliedschaft steht jeder Organisation offen, die an passivem UHF RFID interessiert ist.

Heutige Fertigungsstraßen nutzen Daten, die in RFID-Tags gespeichert sind, um flexible, effiziente und maßgeschneiderte Produktion zu steuern. Passive RFID-Tags – im Gegensatz zu aktiven Tags oder Barcodes – benötigen keine dedizierte Stromquelle oder Sichtverbindung, was sie ideal für hochautomatisierte Umgebungen und schlanke Lieferketten macht.

Während die Technologie noch im Entstehen begriffen ist, bieten derzeit nur wenige Anbieter Lösungen, die passive RFID-Chips in die smarten Sensoreinheiten verwandeln, die für RAIN RFID erforderlich sind. Diese IC-Familien können Temperatur, Feuchtigkeit, Bewegung, Umgebungslicht, elektrische Kontinuität und Materialformbarkeit vollständig passiv messen und Daten an einen Standard-RAIN-RFID-Reader über Reichweiten von 5 bis 10 Metern übertragen.

Keine spezielle HW/SW erforderlich

Datentransfer vom Chip zum Reader dauert nur wenige Millisekunden und entspricht vollständig dem EPC Gen2 Protokoll. Nutzer können Messwerte ohne zusätzliche Hardware oder Software erfassen und verarbeiten – bestehende Reader können die Daten erfassen, interpretieren und an übergeordnete Systeme weiterleiten. In Logistikanwendungen werden beispielsweise Asset-ID, EPC-Nummer und Sensordaten gleichzeitig erfasst.

Inlays lassen sich in eine breite Palette von Transponder-Formaten umwandeln – von flexiblen Labels bis zu Hard Tags. Ein klassisches QFN-Gehäuse mit integriertem Sensor-IC eignet sich sogar für raue Umgebungen.

Vergleich von Kommunikationstechnologien für Industrie 4.0 (Quelle: Asygn)

Predictive Maintenance Anwendungen

Der globale Markt für batterielose RFID-Sensoren wird voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 13,3 % auf 2.099 Millionen US-Dollar bis 2030 expandieren, getrieben durch Fortschritte in batterieloser Technologie und erhöhte F&E-Investitionen, berichtet Prudour.

Sensor-ICs sind bereits in industriellen Umgebungen im Einsatz – beispielsweise zur Erkennung von Rohrverformungen, eine Aufgabe, die traditionell auf Dehnungsmessstreifen angewiesen war oder komplexe Sensorenmontagen erforderte. Durch Integration aller notwendigen Komponenten in einen einzelnen Chip und Kommunikation via UHF RFID sind Batterien und externe Sensoren nicht mehr nötig.

Vorteile für vorausschauende Wartung sind erheblich: Durch Antizipation von Verschleiß oder drohendem Ausfall können Wartungsteams sich auf kritische Probleme konzentrieren und große Datensätze generieren, die präzise Vorhersagemodelle untermauern. Metall-Superstrukturen – Brücken, große Gebäude und andere kritische Infrastruktur – sind ideale Kandidaten; das Einbetten von stromfreien Sensoren in Beton bei der Herstellung ermöglicht Echtzeitüberwachung von Temperatur oder Feuchtigkeit, was Stakeholdern kontinuierliche Einblicke gibt und das Risiko katastrophaler Ausfälle reduziert.

Schwerindustrie-Hersteller erforschen die Technologie auch für Anwendungen wie Überhitzungserkennung an Turbinenschaufeln in Hydro- oder Windkraftanlagen. Drucksensoren können Industriegaszylinder vor Explosionen schützen, während Elastomer-eingebettete Chips Fahrzeuggewicht oder Lastmessung über reifenmontierte Drucksensoren ermöglichen könnten.

Das Einbetten stromfreier Sensoren in Beton würde Echtzeitzugriff auf kritische Parameter ermöglichen, sodass Strukturen über die Zeit überwacht werden können. (Quelle: Asygn)

Jenseits der Industrie zielen Entwickler auf Landwirtschaft und Gesundheitswesen ab. Drohnen mit Readern können Gewächshaus- und Feldbedingungen überwachen; Vieh kann getrackt und auf Körpertemperatur überwacht werden, um Krankheiten früh zu erkennen. RFID-Sensoren, die in Prothesen integriert sind, können Dehnung oder Temperaturabweichungen aufzeigen, sodass Techniker eingreifen können, bevor ein Fehlfunktion problematisch wird.

Die Industrie hat IoT bereits angenommen; der nächste Schritt ist, Industry-4.0-Lösungen schlanker und effizienter zu machen, um ROI zu maximieren. Batterielose UHF RFID-Technologien ebnen den Weg.

—Frédéric Maricourt, Sales Director bei Asygn.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE Times Europe veröffentlicht.