Tecnologia RFID: etiquetas eletrônicas e identificação por radiofrequência

O sem fio serve para muitas coisas. A tecnologia de identificação por radiofrequência – RFID – encontra aplicações em logística – automatiza o rastreamento de objetos –, em controle de tráfego de veículos e muitas outras aplicações. O CPqD, em Campinas (SP), tem um Laboratório de Estudos, Aplicações e Testes em RFID equipado com câmara semianecóica de grandes dimensões. Saiba mais sobre o uso de RFID.

Vivemos imersos num campo eletromagnético. Raios X, espectro visível, micro-ondas, ondas rádio, infravermelhos são nomes dados a partes do espectro do mesmo fenômeno. Nossos sentidos, basicamente, percebem apenas parte do espectro. Dispositivos inventados pelo homem permitem, todavia, que ondas eletromagnéticas sejam utilizadas para fins médicos (Raios-X), domésticos e industriais (forno de micro-ondas), telecomunicações (envolve pessoas e máquinas) e uso de proximidade (controles remotos).

As comunicações sem fio se valem de ondas rádio. A aplicação mais evidente do uso do sem fio é o da comunicação celular. Tecnicamente, o celular envolve uma mistura de comunicação sem fio e de controle eletrônico. Mas há outras aplicações para o sem fio. O termo identificação por radio frequência, em inglês RFID – Radio-Frequency Identification, é o uso de ondas rádio para identificação automática de etiquetas eletrônicas.

Aplicações

Basicamente, a etiqueta eletrônica – um pequeno chip inconspicuamente encapsulado – “responde”, ao ser inquirido por um sinal de RF (radiofrequência). As aplicações das etiquetas eletrônicas têm como limite a imaginação. O “leitor da etiqueta” manda uma interrogação RF para a etiqueta rádio. A resposta volta carregada de bit de informação. Um dos padrões é o EPC-96; no caso, são 96 bits de identificação da etiqueta.

Uma etiqueta eletrônica, presa num volume físico, permite registrar automaticamente sua presença, ao passar por um “leitor de etiqueta”. Diversas frequências são utilizadas nos sistemas de etiquetas eletrônicas, como 125 kHz; 134,2 kH; 13,56 MHz; 915 MHz; 2,45 GHz ou 5,8 GHz. O uso de frequências mais elevadas permite a troca de maior número de bit/s entre a etiqueta e o leitor. Já frequências mais baixas têm melhor penetração frente a obstáculos materiais.

As aplicações para a identificação por radiofrequência são inúmeras. A água e os líquidos, em geral, dificultam – mas não impedem – a utilização da tecnologia RFID. Baixas frequências (125-135 kHz) são utilizadas para identificar tonéis de cerveja e para marcar seres vivos. A identificação de livros e bagagens se vale de frequência na faixa de 13,56 MHz. Marcadores do tipo “ativo” a 2,4 GHz são utilizados para controle de acesso a zonas industriais.

Em logística, a tecnologia de etiquetas eletrônicas é bastante utilizada. Ela pode servir para controle e acompanhamento automático de pallets e de contêineres, por exemplo. Uma etiqueta eletrônica fixada num objeto permite não apenas segui-lo (rastreabilidade), mas também monitorar o que nele se passa. O dispositivo fixo leitor cria “uma bolha de RF” por onde deve passar o objeto a ser identificado.

O CPqD inaugurou, em 4 de fevereiro último, no seu campus em Campinas (SP), o Laboratório de Estudos e Aplicações em RFID. É o único no Brasil que possui uma câmara semianecóica de grandes dimensões (7x19x10 m) proveniente dos EUA. O investimento total foi de R$ 8,8 milhões (cerca de 10% do CPqD e o restante do FNDCT/Finep). Uma câmara anecóica simula um ambiente aberto ao ar livre sem interferências eletromagnéticas externas.

O laboratório está capacitado a fazer testes e medições em etiquetas RF, presas inclusive em materiais e veículos. Aplicações com ZigBee e redes em malha, permitindo comunicação sem fio entre dispositivos eletrônicos, também podem se testados.

O Contran – Conselho Nacional de Trânsito – pretende que, até 2012, todos os veículos automotores estejam dotados de placas de identificação veicular eletrônica. O sistema é parte integrante do Siniav – Sistema Nacional de Identificação Automática de Veículos. O sistema permitirá, em 2014, que o controle de semáforos (sinais luminosos) urbanos seja em função do tráfego detectado com as etiquetas eletrônicas veiculares.

Concorrência

A sofisticação tecnológica, hoje, permite que a história da temperatura de um container vá sendo armazenada na etiqueta eletrônica que lhe é anexada e que possa ser acessada por um leitor “bolha de RF”. O mercado anual de etiquetas eletrônicas no mundo é estimado em 30 bilhões de unidades.

A etiqueta eletrônica, que é lida e acessada por radiofrequência, é uma alternativa ao uso do código de barras, que é utilizado desde 1970. O primeiro “escaneamento” com o código de barras UPC (Universal Product Code) é de 1974. O código de barras precisa ser lido por meios óticos, como, por exemplo, uma caneta ou dispositivo leitor, no controle de passagens no embarque em aeronaves.

O passaporte francês, com dados biométricos do cidadão, já contém uma etiqueta eletrônica que pode ser lida por RF. Etiquetas eletrônicas podem ser grandemente miniaturizadas e ser utilizadas, por exemplo, até para o estudo de migrações de seres vivos, como insetos. Na Bélgica e na Suíça, etiquetas eletrônicas, de implantação subcutânea, contendo dados sobre o animal, já são mandatórias para cães e gatos domésticos.

O sistema RFID

Um sistema de identificação por radiofrequência (RFID) compreende, basicamente, um leitor e uma ou mais etiquetas rádio. O leitor é um dispositivo que emite ondas de rádio (RF) que vão ativar marcadores que passam diante deles. A etiqueta rádio, também marcador ou transponder, é um conjunto de chip (recebe, processa, armazena e transmite sinais) e antena encapsulados que permite receber e responder aos pedidos feitos por um dispositivo leitor.

O âmbito de alcance dos sistemas RFID é da ordem de 10 a 200 m e até menos. Cada caso sendo um caso. O sistema RFID, tal como indivíduos que acessam e disputam o mesmo meio escasso – o aparelho celular faz isso – se vale de algoritmos anticolisão.

Há basicamente dois tipos de etiquetas rádio. As etiquetas passivas não possuem bateria. As ondas de RF do leitor vão fornecer à etiqueta rádio passiva a energia que ela precisa para transmitir a resposta. O alcance é reduzido. As etiquetas ativas são dotadas de bateria e seu alcance é maior. Elas revelam, porém, onde estão localizadas, o que nem sempre é desejável. As etiquetas ativas têm baterias que permitem à etiqueta registrar dados ao longo do tempo, como variações de temperatura num container. As ondas de rádio têm a água e invólucros metálicos como naturais inimigos e são complicadores a serem superados em aplicações de RFID.

Radar e Theremin

A utilização de radiofrequência para detectar coisas à distância é antiga e é fruto do comportamento das ondas rádio perante obstáculos. Obviamente, o dispositivo RF mais conhecido – usado na 2ª Guerra Mundial – é o radar, em inglês “radio detection and ranging”. A análise de uma onda de rádio refletida por um objeto permite localizar e caracterizar esse objeto.

O uso da detecção de coisas à distância por meio de rádio tem aspectos quase de ficção. Se você estiver falando no interior de uma sala, com janelas envidraçadas, as ondas sonoras da sua voz vão fazer vibrar a vidraça. Se, de um ponto distante, for enviado um feixe rádio numa dessas vidraças, ele será refletido e pode ser captado de volta. Esse sinal RF (radiofrequência) de volta terá sido modulado pelas vibrações da vidraça, e a conversa no interior da sala poderá ser recuperada do exterior!

Leon Theremin (1896-1933) foi um inventor russo, dentre outra coisas, de um instrumento musical eletrônico que leva o seu nome e do entrelaçamento de linhas no vídeo. No auge da Guerra Fria, os soviéticos doaram para a embaixada norte-americana um quadro. Ele continha um dispositivo com uma membrana recobrindo uma cavidade – formando um microfone – acoplada a uma antena. Remotamente, sinais de RF enviados de fora eram modulados pelas conversas no interior da embaixada e captados de volta. Uma bem elaborada superespionagem.

O dispositivo bisbilhotou de 1942 a 1952 para a União Soviética, sendo acidentalmente descoberto pelos norte-americanos, visto todo o dispositivo ser passivo. De certa maneira, Radar e Theremin são antecedentes remotos da etiqueta eletrônica.