สายอากาศนำไฟฟ้า ขับเคลื่อนสู่ยุค IoT ได้รวดเร็วขึ้น

RFID ย่อมาจาก Radio Frequency Identification มีลักษณะเป็นป้ายอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถอ่านค่าได้โดยผ่านคลื่นวิทยุ ปัจจุบันมีการนำ RFID มาใช้งานอย่างแพร่หลายในบัตรชนิดต่างๆ เช่น บัตรประจำตัวประชาชน บัตรเอทีเอ็ม บัตรสำหรับผ่านเข้าออกห้องพัก บัตรโดยสารของสายการบิน บัตรจอดรถ ฉลากของสินค้าหรือแม้แต่ใช้ฝังลงในตัวสัตว์เพื่อบันทึกประวัติ เป็นต้น การนำ RFID มาใช้งานก็เพื่อประโยชน์ในการตรวจสอบการผ่านเข้าออกบริเวณใดบริเวณหนึ่ง หรือเพื่ออ่านหรือเก็บข้อมูลบางอย่างเอาไว้ ยกตัวอย่างเช่นในกรณีที่เป็นฉลากสินค้า RFID ก็จะถูกนำมาใช้ในการเก็บบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับสินค้า เพื่อให้สามารถทราบถึงที่มาของสินค้าชิ้นนั้นๆ ได้ เพื่อตรวจติดตามและบันทึกข้อมูลที่ติดอยู่กับป้ายซึ่งนำไปฝังไว้หรือติดอยู่กับวัตถุต่างๆ

หลักการทำงานของระบบ RFID เริ่มจากเครื่องอ่าน (Reader) ส่งคลื่นวิทยุเพื่อให้กำลังงานแก่แท็ก (Tag) จากนั้นเครื่องอ่านจะส่งข้อมูลผ่านความถี่วิทยุแสดงถึงความต้องการข้อมูลที่ระบุไว้ในแท็ก หรือเรียกว่า ทรานสพอนเดอร์ (Transponder) ซึ่งก็คือฉลากหรือป้ายขนาดเล็กที่จะถูกผนึกอยู่กับวัตถุที่เราสนใจ แท็กจะตอบข้อมูลกลับและเครื่องอ่านจะส่งข้อมูลต่อไปยังส่วนประมวลผลหลักของคอมพิวเตอร์ โดยเครื่องอ่านจะติดต่อสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ที่เก็บฐานข้อมูล

จะเห็นได้ว่าการที่จะนำระบบ RFID ไปใช้งานในรูปแบบต่างๆนั้น สิ่งที่สำคัญคือการพัฒนาและออกแบบฉลากหรือแท็กให้เหมาะสม โดยแท็กประกอบด้วย 2 ส่วนคือชิพ RFID จะทำหน้าที่บันทึกข้อมูลและจัดการเรื่องการสื่อสารกับเครื่องอ่านผ่านส่วนที่เรียกว่าสายอากาศ (Antenna) จะรับสัญญาณคลื่นวิทยุจากเครื่องอ่านเพื่อให้ชิพ RFID ได้รับพลังงานและสามารถส่งข้อมูลกลับไปยังเครื่องอ่าน ในส่วนสายอากาศนี้เองเป็นส่วนสำคัญที่ต้องออกแบบให้เหมาะสมกับลักษณะงานและด้วยการสื่อสารที่ความถี่สูงของย่าน UHF (Ultra High Frequency) ทำให้สามารถพัฒนาสายอากาศให้มีขนาดเล็กได้

ที่ผ่านมาสายอากาศที่ใช้ในย่าน UHF นั้นจะนิยมสร้างด้วยกระบวนการพิมพ์ได้แก่ การพิมพ์แบบอิงค์เจ็ท การพิมพ์แบบสกรีน ซึ่งวัสดุที่นำมาใช้คือหมึกนำไฟฟ้าที่เป็นโลหะ เช่น เงินและทองแดงโดยจะนำมาพิมพ์ลงบนฐานรองจำพวกแผ่นพลาสติกหรือกระดาษเพื่อให้สามารถโค้งงอได้ แต่ล่าสุดเราสามารถสร้างสายอากาศด้วยวัสดุกราฟีน (Graphene) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างอันเกิดจากการจัดเรียงกันของคาร์บอนอะตอมแบบวงหกเหลี่ยม (hexagonal configuration) ในแนวระนาบ 2 มิติ (two dimension ; 2-D) หลายๆ วงต่อกันคล้ายกับตาข่ายกรงไข่เกิดเป็นแผ่นกราฟีนขนาดนาโน

ปัจจุบันได้มีการนำกราฟีนมาผสมกับพอลิเมอร์นำไฟฟ้าเพื่อเพิ่มความสามารถทางด้านการนำไฟฟ้า และสามารถนำมาทำหมึกเพื่อใช้พิมพ์ได้ จึงมีความเหมาะสมสำหรับนำมาประยุกต์กับการสร้างชั้นของวัสดุลงบน substrate เพื่อนำไปประยุกต์ใช้กับงานในด้านต่างๆ ได้ เช่น การพิมพ์ขั้วอิเล็กโทรด ทรานซิสเตอร์ อุปกรณ์บันทึกความจำและ รวมทั้งสายอากาศอาร์เอฟไอดี (RFID antenna) ด้วย ทำให้ลดการใช้หมึกโลหะเงินที่มีราคาแพง จึงทำให้ต้นทุนการผลิตฉลาก RFID ราคาถูกลง

เทคโนโลยีอย่างนี้จะช่วยให้เราเข้าสู่ยุคที่อุปกรณ์ทุกอย่างเชื่อมโยงข้อมูลถึงกันหรือ Internet of Things ได้รวดเร็วขึ้นอย่างแน่นอน

*บทความโดย ดร. อดิสร เตือนตรานนท์ ผู้อำนวยการหน่วยวิจัย ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ

*ภาพประกอบจาก http://slideplayer.com/