Capteurs RFID

Présentation des capteurs RFID

Les capteurs de radio-identification, ou RFID, « lisent » des données codées de manière électrique dans diverses étiquettes en recevant le signal réfléchi vers le capteur. Les données sont transférées vers le capteur à distance, sans contact physique entre le capteur et l'étiquette, au moyen de champs électromagnétiques.

Les étiquettes à courte portée, qui sont capables de transmettre des données sur quelques mètres au maximum, sont lues par des champs magnétiques, mais certaines reçoivent leur puissance du rayonnement électromagnétique émis par le capteur RFID tandis que d'autres sont alimentées par des piles. Les étiquettes appartenant à cette seconde catégorie peuvent être lues à plusieurs centaines de mètres. Et un avantage de taille par rapport aux technologies de lecture électroniques, telles que les codes-barres, réside dans le fait que l'étiquette n'a pas besoin d'être alignée directement avec le capteur. En intégrant de telles étiquettes à divers objets, il est possible de les suivre à distance avec un capteur RFID.

Les applications industrielles de cette technologie de capteurs RFID pour la lecture à distance d'étiquettes électroniques sont désormais innombrables : de minuscules étiquettes peuvent être intégrées à des médicaments afin de les identifier et de les localiser dans l'entrepôt ; les fabricants d'automobiles utilisent des étiquettes RFID pour suivre le déroulement de l'assemblage de véhicules ; et des animaux domestiques ou d'élevage peuvent être marqués par des minuscules puces injectées sous la peau afin de permettre une identification facile et immédiate.

Des étiquettes RFID sont à présent délivrées de manière systématique au personnel de l'industrie du gaz et du pétrole travaillant sur les plateformes offshore, afin de pouvoir les localiser à tout moment au cours de leur travail et les identifier rapidement en cas d'urgence.

 

Historique

Les précurseurs du capteur RFID moderne sont apparus pendant la deuxième guerre mondiale, avec les transpondeurs IFF capables de distinguer le son d'un avion ennemi à l'approche de celui d'un avion ami. Ces appareils sont toujours utilisés pour l'identification d'appareils dans l'industrie aéronautique d'aujourd'hui. Une étape conceptuelle majeure dans le développement d'appareils RFID a été franchie en 1948, avec un article scientifique majeur publié par l'ingénieur radio Harry Stockman. Stockman a prédit l'arrivée d'une nouvelle génération d'instruments de communication basés sur la « puissance réfléchie », la caractéristique fondamentale de la technologie RFID contemporaine.

Le premier appareil à tirer de la puissance d'un signal radio d'interrogation, comme pour les RFID, a été le transpondeur radio passif de Mario Cardullo en 1973, qu'il a conçu pour être utilisé par plusieurs secteurs en le dotant d'une mémoire qui le rendait hautement polyvalent. Cardulo avait prédit que son système serait utilisé entre autres pour développer des plaques d'immatriculation, contrôler les performances de véhicules, transmettre des données cliniques sur les patients en médecine, identifier le personnel et actionner des portails automatiques dans les systèmes de sécurité, ou encore créer des cartes de crédit et des chéquiers électroniques dans le secteur bancaire.

Dix ans plus tard, en 1983, la technologie avait suffisamment progressé pour faire apparaître les modèles actifs et passifs, et le premier brevet portant le sigle « RFID » fut accordé à l'ingénieur électricien et inventeur Charles Walton.

 

Aspects techniques

La technologie RFID utilise un lecteur (ou « interrogateur ») capable de transmettre un signal radio codé pour interroger un badge ou une étiquette électro-actif spécialement conçu(e). Comme indiqué ci-dessus, cette étiquette contient des données stockées de façon électronique. Ensuite, l'interrogateur « lit » (ou reçoit) la réponse rétro-réfléchie par l'étiquette. Les informations envoyées par l'étiquette en réponse au signal d'interrogation varient considérablement entre les modèles : certains envoient simplement un numéro de série, mais d'autres peuvent fournir des informations bien plus conséquentes, telles que la date de production de l'objet étiqueté, des données sur les caractéristiques spécifiques du produit ou encore le numéro de lot ou d'article.

Les étiquettes fonctionnant sur batterie sont généralement « actives » et transmettent leurs signaux d'identification suivant un programme préétabli. Les étiquettes passives sont uniquement activées par le signal provenant d'un lecteur RFID, tandis que les étiquettes passives assistées par batterie (BAP) sont activées lorsque l'interrogateur se trouve à proximité.

Les lecteurs peuvent être « passifs » (Passive Reader Active Tag, ou PRAT) ou « actifs » (Active Reader Passive Tag, ou ARAT). Comme leurs noms l'indiquent, les lecteurs PRAT n'interrogent pas l'étiquette mais sont utilisés avec les étiquettes actives alimentées sur batterie qui leur transmettent le signal. Les lecteurs ARAT envoient des signaux actifs pour interroger des étiquettes passives.

Les appareils RFID à faible vitesse de transfert et faible portée dans la gamme de fréquences 120 – 150 kHz sont typiquement utilisés pour collecter des données d'usine ou identifier des animaux, tandis qu'à l'extrême opposé, les appareils RFID à micro-ondes et à haute vitesse de transfert des données, fonctionnent à des portées jusqu'à 200 m et des fréquences de 3,1-10 GHz. Les étiquettes de bande passante faible et élevée doivent être très proches du lecteur pour être interrogées (elles sont ainsi nommées appareils à « champ proche »), principalement car elles sont situées à une distance très inférieure à la longueur d'onde. Les étiquettes à ultra-haute fréquence utilisent des procédures de lecture et de transmission différentes, et des versions actives peuvent être configurées pour incorporer plusieurs récepteurs et transmetteurs différents. Ils ne réagissent pas nécessairement à une fréquence comparable à celle du lecteur RFID.

Les lecteurs ont la possibilité de susciter une réponse de plusieurs étiquettes (par exemple, des produits ou composants similaires stockés dans une caisse d'un entrepôt). Les lecteurs peuvent être configurés pour « isoler » ces signaux multiples afin de localiser une étiquette précise.

Actuellement, de grands efforts sont consacrés à la miniaturisation des RFID : en 2009, des biologistes de l'université de Bristol ont réussi à coller des micro-transpondeurs à des fourmis vivantes afin de suivre leur comportement in-vivo. Des puces sont désormais produites avec des dimensions ne dépassant pas celles d'un grain de poussière, le record étant détenu par Hitachi avec à peine 0,05 mm x 0,05 mm.

 

Applications à des produits : domaines d'utilisation des capteurs RFID en fabrication industrielle

Les dispositifs RFID sont aujourd'hui omniprésents. Sous forme de cartes micro SD, ils peuvent être insérés dans des smartphones et reliés électroniquement au compte en banque de l'utilisateur afin d'effectuer des paiements. La technologie RFID est aujourd'hui largement utilisée avec les ordinateurs portables dans la gestion des actifs afin de créer des alternatives entièrement électroniques à la gestion papier, et pour éliminer les procédures manuelles de saisie de données. Des RFID peuvent être apposés à des véhicules afin de passer automatiquement à travers des portails suite à la reconnaissance à distance, sans que le conducteur ne doive s'arrêter et fournir une identification papier au personnel de sécurité. Mais c'est surtout dans le domaine du transport et de la logistique que ces composants sont les plus largement déployés : ces derniers ont révolutionné et simplifié les complexités de la gestion des dépôts et du cross-docking, et amélioré la précision de la localisation de produits multiples dans le fret et les sites de distribution.

 

Différence entre le capteur RFID et les autres capteurs

La caractéristique clé de la technologie RFID est l'utilisation efficace de signaux radio pour transmettre et recevoir des données codées, qui peuvent ensuite être utilisées pour identifier et localiser divers objets, gérer les ressources d'une entreprise ou activer automatiquement des portails et des portes dans des emplacements à accès sécurisé.

 

Avantages et limites des produits actuels

Les coûts de la technologie RFID sont relativement faibles et les gains d'efficacité qu'elle offre sont immenses, permettant ainsi de réduire de manière considérable le nombre de marchandises perdues lors du transport. Bien que la miniaturisation étende sans aucun doute le degré de polyvalence de cette technologie, la limite majeure des étiquettes microscopiques est actuellement la difficulté extrême de fixer des antennes, qui réduisent désormais la « portée de lecture » pour des particules microscopiques à quelques millimètres seulement.

Les groupes de défense des libertés civiles ont exprimé leur préoccupation quant au fait que les étiquettes contenant des informations privées sur les individus pourraient être lues trop facilement par des tiers, et compromettre ainsi gravement la vie privée.