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Nel terzo capitolo ci sposteremo dagli Stati Uniti all’Europa, studieremo i primi progetti
pilota che si sono manifestati in questo scenario, passando dalla Germania, all’Italia, al
Belgio fino al Regno Unito.
Qui non suddivideremo più la ricerca per ambiti o reparti, ben si approfondiremo, per
quanto possibile, ogni applicazione trovata.
Ricordiamo però che, mentre in USA si parla già di reali applicazioni, in Europa siamo
ancora allo stadio di progetti pilota, di test per studiarne l’effettivo beneficio al fine di
una reale applicazione.
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CAPITOLO 1
Introduzione sulla tecnologia RFID
RFID, acronimo di Radio Frequency Identification, è una tecnologia per la
identificazione automatica di oggetti, animali o persone.
Si basa sulla lettura a distanza di informazioni contenute in un tag RFID usando
appositi lettori.
Questi TAG sono formati da:
- un microchip contenente dati;
- una antenna;
- una eventuale batteria.
Fig.1 Un tag RFID
Un tag è in grado di ricevere e trasmettere, tramite radiofrequenze, le informazioni al
transceiver, il dispositivo atto appunto a leggere e scrivere sul chip.
Una prima classificazione dei tag può essere fatta partendo dalla presenza o meno
della batteria, avremo quindi tag:
- attivi: dotati di batteria;
- semiattivi: alimentati da batterie solo per la parte di trasmissione;
- passivi: non hanno nessuna fonte di alimentazione interna, ma traggono
l’energia dall’onda radio inviata dal lettore che li interroga.
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La tecnologia RFID ha alcuni semplici ma importanti vantaggi rispetto alle tradizionali
tecnologie di codici a barre e bande magnetiche: ad esempio non è necessario per la
lettura che ci sia contatto, non deve essere visibile, in base al tipo di chip in uso si
possono memorizzare informazioni di vario tipo, l’identificazione e la verifica avvengono
in circa 1/10 di secondo, la comunicazione può essere in chiaro o criptata.
Il Chip è la parte intelligente del dispositivo, costituita da una memoria non volatile
contenente un codice univoco, il quale viene trasmesso dall’antenna.
Il tag RFID può essere integrato in vari modi: inserito in etichette; sotto forma di
adesivo; all’interno di tessere formato carta di credito e fra qualche tempo sarò
impiantato anche sottopelle.
Per accedere alle informazioni è necessario un apposito lettore che utilizzi le radio
frequenze.
Altra classificazione possibile è data dal tipo di memoria che può essere:
- read-only: è permessa solo la lettura delle informazioni contenute. Si usa tale
tecnologia in sostituzione ai codici a barre coi vantaggi di una maggiore
affidabilità, l’eliminazione della necessità che l’etichetta
sia visibile, la possibilità di lavorare in ambienti sporchi
o contaminati, capacità di resistere all’aggressione di
agenti chimici ed ambientali e quindi resistere al
deterioramento, di poter operare in un fluido, dentro
l’oggetto che si vuole identificare o dentro un
contenitore (purché non metallico), possibilità di
leggere decine o centinaia di etichette in pochi secondi;
- read/write: permette la lettura di informazioni e il loro
aggiornamento sul chip. E’ quindi possibile tenere
traccia della storia di un prodotto per essere poi
utilizzata in modo interattivo. Questi tag risultano utili anche per la generazione
automatica di bolle o fatture o nella fase di vendita per realizzare inventari real-
time delle scorte o impiegati come dispositivi antitaccheggio.
I vari ambiti in cui al giorno d’oggi trova applicazione questa tecnologia nascente ma in
rapida diffusione sono:
Fig.2 Tag RFID
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- monetica;
- bigliettazione elettronica;
- logistica magazzini;
- logistica trasporti;
- controllo presenze ed accessi;
- tracciamento pratiche;
- antitaccheggio;
- …
Negli Stati Uniti d’America però si sta diffondendo un nuovo ramo di utilizzazione di
questa tecnologia emergente nel campo ospedaliero, in particolare per il tracciamento
dei pazienti e del materiale medico necessario nonché per la sicurezza dei pazienti e
della struttura.
In questa tesi voglio approfondire maggiormente questa nuova applicazione dei tag
RFID.
1.1 Tecnologia, tag attivi e passivi, componenti
Esistono due tipi principali di tags a radiofrequenza che si distinguono per la presenza
o meno di una fonte di alimentazione interna:
- Tag passivi: privi di tale fonte interna. È il tipo più diffuso in quanto economico.
Sono costituiti solo di chip ed antenna. Oltre a ricevere e trasmettere dati, essi
trasformano l’energia elettromagnetica che ricevono in energia elettrica per
autoalimentarsi.
L’auto alimentazione si basa sull’utilizzo di un condensatore. Il transponder (o
tag passivo) capta le radiofrequenze emesse dal lettore/scrittore e carica il
suddetto condensatore che, una volta carico, permette al tag di inviare i dati
contenuti nella sua memoria.
Il chip, la parte intelligente, può essere formata da un circuito di trasmissione
del segnale e da una memoria non volatile (ROM) contenente un codice univoco
che verrà trasmesso all’apparato lettore assieme ad altre informazioni
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memorizzate al suo interno in fase di costruzione, oppure da un
microprocessore che elabora i segnali provenienti dai lettori e restituisce loro il
risultato dell’elaborazione o ancora da una memoria EPROM sulla quale è
possibile leggere, scrivere e riscrivere informazioni. La frequenza di lavoro di tali
tags è di 13,56 MHz o di 125 kHz. Le sue dimensioni possono essere molto
piccole.
- Tag attivi: contengono una fonte di alimentazione propria, solitamente una
piccola batteria al litio, la quale, oltre ad alimentare i circuiti di trasmissione,
può essere utile per alimentare una piccola memoria RAM statica nella quale
vengono memorizzate alcune informazioni. La differenza sostanziale sta nella
possibilità, con i tag attivi, di poter usare frequenze più alte e che quindi
abbiano un raggio di azione più ampio.
Alcuni tipi di tag attivi lavorano sui 900 MHz, a tale frequenza è disponibile una
vasta gamma di componenti elettronici economici.
E’ previsto l’uso anche di frequenze più elevate, nell’ordine dei GHz.
In Usa si sta pensando di destinare la frequenza di 2,45 GHz a tale tecnologia,
in Europa vi sono proposte per dedicare la 5,8 GHz.
Per quanto riguarda i lettori/scrittori di tag, questi possono essere di tipo:
- palmare: per poter eseguire un rilievo sul campo;
- trasportabile: più pesante di un palmare, viene solitamente installato su muletti
o carrelli;
- fisso: vengono fissati, non è possibile spostarli. Sono usati per il controllo di
varchi, di linee di produzione o di specifiche aree di attività.
Fig.3
Un esempio di
lettore palmare
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Tali apparecchi hanno la capacità di leggere e scrivere su uno o più tag
contemporaneamente.
La percentuale di letture corrette al primo tentativo è molto alta, circa del 99,5%.
1.1.1.Tabelle riassuntive
Tag Dimensione Range Alimentazione Commenti
Passivo I più piccoli tag
(0.4 mm²). Più
fini di un foglio.
In USA sono stati
approvati per
applicazioni
sottocutanee.
Da 10mm a
6 metri.
UHF: 3m o
più.
Riceve energia
dalle onde radio
trasmesse dal
lettore
In generale, il range
dipende dalla
frequenza, dal
lettore e
dall’ambiente.
868-915 MHz la
stessa frequenza dei
cellulari, sono quindi
possibili interferenze.
Attivi Dimensioni
variabili,
genralmente
attorno a 2-3
cm².
UHF: più di
50m.
Batteria Più costosi e grandi
di quelli passivi.
WiFi Dipende dal
fornitore; circa
5x5x2 cm.
Più di 100m
ma in campo
chiuso
trovano più
ostacoli.
Batteria Usano standard
802.11b e d.
Sono migliori per
localizzazione e
tracciamento.
Tab.1 Supply Insight Inc, RFID application in patient tracking [9]
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RFID - ACTIVE VS. PASSIVE ACTIVE RFID PASSIVE RFID
Energia Interna al tag Energia trasferita dal
lettore via radio frequenza
Batteria Si No
Attivazione del tag Continua Solo dentro al campo di
lettura del lettore
Comunicazione Lungo raggio (circa 100
metri), rete di tags & lettori
Corto raggio (meno di 3
metri), non c’è
comunicazione tra tags e
lettori
Multi-Tag Collection Riusciamo a leggere fino a
1000 tags all’interno di
molti metri quadrati
Si riesce a leggere solo i
tags nel raggio di massimo
3 metri dal lettore.
Capacità del sensore Monitoraggio continuo e
registrazione delle risposte
dei sensori con data ed ora
Lettura e trasferimento di
dati solo quando il tag
viene attivato dal lettore
(senza stampa di data ed
ora)
Dati salvati Grande capacità di lettura
e scrittura di dati
direttamente sul tag
Piccola capacità di lettura e
scrittura di dati
direttamente sul tag
Tab.2 Supply Insight Inc, RFID application in Healthcare [9]
1.1.2.RFID vs. Codici a Barre
Prima della grande espansione nell’utilizzo degli RFID erano ampiamente impiegati, e lo
sono tutt’ora, i codici a barre.
L’AgileSense [12] riporta cenni sul loro uso. Il problema principale è che il
monitoraggio non è automatico e a distanza, ma bisogna comunque avere di fronte ciò
che si sta cercando in quanto la lettura viene fatta a distanza di poco più di 1 cm.
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Inoltre i codici a barre possono diventare illeggibili a causa del deterioramento causato
dal tempo e dalle condizioni di lavoro.
Gli RFID, dal canto loro, hanno come principale punto di forza il fatto di poter essere
letti da una distanza minima di 6 metri per quelli passivi a centinaia di metri per quelli
attivi, non è quindi indispensabile avere materialmente in mano ciò che stiamo
cercando. Inoltre non si corre il rischio che possano deteriorarsi e che quindi diventino
illeggibili e possono essere letti anche se coperti o inscatolati.
La Supply Insight [9] sostiene però che i codici a barre non hanno necessariamente
finito di esistere, ma le due tecnologie possono coesistere.
I codici a barre si possono impiegare in processi altamente strutturati ed
ingegnerizzati, mentre gli RFID trovano posto all’implementazione in ampi, caotici e
non strutturati processi, come gli ospedali, per tenere appunto traccia di materiale
mobile, e non solo, a rischio smarrimento.
Con lo svilupparsi poi della tecnologia si scopriranno nuovi campi in cui sarà possibile
impiegare queste soluzioni al fine di apportare dei miglioramenti.
Fig.4 RFID vs.Codici a Barre
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1.2 Cenni sulle onde radio e sulle onde elettromagnetiche
Nelle trasmissioni radio i segnali elettrici vengono trasmessi attraverso l'aria o lo spazio
sotto forma di onde radio in bande di frequenze piuttosto strette.
Un'onda elettromagnetica monocromatica (cioè con una ben definita frequenza e
lunghezza d'onda) è costituita da un campo elettrico e da un campo magnetico
mutuamente perpendicolari che oscillano in fase fra loro perpendicolarmente alla
direzione di propagazione. Quindi un'onda elettromagnetica consiste in realtà di due
componenti accoppiate: una elettrica e una magnetica.
In termini energetici, si può pensare l'onda elettromagnetica come un flusso di energia,
che nel vuoto si propaga alla velocità della luce. Ciascuna delle due componenti
dell'onda elettromagnetica trasporta la stessa quantità di energia.
1.2.1.Caratteristiche
- velocità nel vuoto: è una quantità molto importante della fisica, viene indicata
con c e vale 300.000 km/s;
- velocità nei mezzi materiali: in un mezzo omogeneo non conduttore e non
ferromagnetico, la velocità risulta essere minore di quella del vuoto e vale
n
c
,
dove n è l’indice di rifrazione dipendente dal mezzo;
- lunghezza d’onda: si intende la distanza spaziale fra un punto in un ciclo ed il
corrispondente punto nel ciclo successivo. Vanno dal millimetro a parecchi
chilometri;
- frequenza: il numero di cicli che passa per un dato punto nell’unità di tempo.
Viene misurata in hertz (Hz). Frequenza e lunghezza d’onda sono legate dalla
velocità dell’onda nella formula cf =λ ;
- ampiezza: si intende il valore massimo che viene raggiunto dall’oscillazione. Le
ampiezze dei due campi (elettrico e magnetico) sono legate tra loro;
- intensità: è l’energia che passa attraverso un’area unitaria nell’unità di tempo,
viene misurata in
2m
watt
ed indica l’energia che attraversa in ogni secondo una
superficie di 1 m2. L’intensità è proporzionale al prodotto delle ampiezze dei due
campi.
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