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Nanotubi RFID: codici a barre migliori?
I tag di identificazione a radiofrequenza (RFID) hanno reso il pagamento dei pedaggi e delle tariffe del trasporto pubblico un gioco da ragazzi. Ma i tag, che sono fatti di silicio, sono ancora troppo costosi per sostituire i codici a barre onnipresenti per accelerare allo stesso modo le linee di pagamento dei negozi di alimentari scansionando a distanza un prodotto mentre è ancora nel carrello.
Arrotola: I tag RFID in plastica stampati con un processo roll-to-roll potrebbero sostituire i codici a barre se gli sviluppatori riescono a ridurre il prezzo a un centesimo o meno.
I tag RFID in plastica economici potrebbero presto cambiarlo. I ricercatori di Sunchon, in Corea del Sud, hanno stampato circuiti RFID su pellicole di plastica utilizzando una combinazione di metodi industriali: stampa roll-to-roll, stampa a getto d'inchiostro e stampa in gomma siliconica. Usano inchiostri contenenti vari materiali – argento, nanotubi di carbonio e un ibrido di nanoparticelle-polimero – per depositare i componenti del circuito, come condensatori e transistor, strato per strato.
Gyoujin Cho, professore di ingegneria elettronica stampata presso Sunchon National University , che ha guidato il lavoro, stima che i tag costino tre centesimi l'uno. Per sostituire i codici a barre, i tag RFID dovranno costare un centesimo o meno. Ma Cho dice che questo dovrebbe essere realizzabile se tutti i livelli su un tag possono essere depositati con un processo roll-to-roll. Una versione dell'attuale prototipo in grado di contenere quantità utili di dati dovrebbe essere sul mercato entro la fine dell'anno, afferma.
I nuovi tag RFID saranno il primo prodotto a utilizzare transistor stampati realizzati con nanotubi di carbonio. I ricercatori hanno sviluppato inchiostri a nanotubi per un decennio, ma l'unico prodotto elettronico a nanotubi sul mercato finora è una pellicola per elettrodi di visualizzazione. Rick Jansen al produttore di inchiostri con nanotubi di carbonio Nanotecnologie del sud-ovest afferma che gli inchiostri di nanotubi di buona qualità, sufficientemente uniformi e viscosi da poter essere stampati, sono stati costosi da produrre.
Anche realizzare transistor con inchiostro a nanotubi è difficile perché le miscele sono tipicamente per due terzi semiconduttive e per un terzo metalliche, e il componente metallico rende la miscela complessivamente conduttrice. Cho e i ricercatori della Paru Corporation di Sunchon hanno brevettato un semplice processo per rendere semiconduttori gli inchiostri di nanotubi. Ricoprono i tubi metallici nella soluzione con un polimero. Li scuoti con certi polimeri e li avvolgi e li lasci dentro, dice il professore di chimica della Rice University James Tour , anch'egli coinvolto nel nuovo lavoro.
I transistor risultanti sono grandi e non funzionano alla pari con i dispositivi al silicio. Ma, dice Tour, i tag RFID sono un'applicazione perfetta per loro perché hai solo bisogno di una manciata di bit.
Realizzare array di transistor che controllano i pixel in un display flessibile con inchiostro a nanotubi sarebbe più impegnativo. Con i display hai bisogno di transistor migliori, dice. Possiamo stampare piccoli transistor con inchiostri a nanotubi di carbonio, ma stamparne un gran numero con un buon allineamento è difficile. Tuttavia, afferma Cho, il team coreano sta lavorando alla realizzazione di circuiti di controllo del display con i loro transistor a nanotubi.
I tag RFID passivi, utilizzati per tracciare gli oggetti, sono costituiti da due parti principali: un circuito integrato in silicio e un'antenna che è tipicamente realizzata in rame solido o inchiostro stampabile in argento. La bobina dell'antenna cattura l'alimentazione CA dal segnale a radiofrequenza del lettore e l'alimentazione CA viene convertita in alimentazione CC in un circuito raddrizzatore. Un altro circuito utilizza questa potenza per generare i segnali che vengono ritrasmessi al lettore, veicolando le informazioni memorizzate sul tag.
Cho e i suoi colleghi iniziano utilizzando un processo roll-to-roll per depositare le bobine dell'antenna, uno strato di elettrodo inferiore di inchiostro d'argento e un successivo strato isolante, un inchiostro ibrido con nanoparticelle di polimero di titanato di bario. Successivamente, hanno depositato strati di inchiostri di nanotubi di carbonio utilizzando una stampante a getto d'inchiostro per realizzare i transistor del circuito. Infine, utilizzano un timbro in gomma siliconica per stampare i condensatori e i diodi necessari per realizzare il circuito raddrizzatore del tag RFID. Usano un inchiostro di nanofili di ossido di zinco drogato con cobalto per realizzare lo strato semiconduttore nel diodo e pasta di alluminio per gli elettrodi superiori. I ricercatori delineano il loro processo nel numero di marzo del giornale Transazioni IEEE su dispositivi elettronici .
Il tag finito è tre volte più grande di un codice a barre standard e memorizza solo un bit di informazioni, un 1 o uno 0, quindi può dare solo una risposta sì o no al lettore. Cho afferma che un tag a 64 bit dovrebbe essere disponibile sul mercato il prossimo anno. L'obiettivo finale è un tag a 96 bit per sostituire i codici a barre.
Il vero impatto sarebbe se potessero competere nel prezzo, dice Pulickel Ajayan , un professore di ingegneria meccanica e scienze dei materiali alla Rice che non era coinvolto nel lavoro. Questo è uno dei motivi per cui i nanotubi potrebbero entrare in gioco. È un processo roll-to-roll, che rende possibile entrare nel mercato.
Il miglioramento della risoluzione e della precisione della stampante roll-to-roll dovrebbe fornire tag più piccoli che contengono più informazioni, afferma Cho. Ma hanno anche bisogno di migliorare il circuito in modo che emetta segnali di potenza più elevati. Il lettore funziona solo fino a 10 centimetri di distanza in questo momento, non ancora abbastanza per lavorare in una fila alla cassa.