Un gruppo di ricerca del Fraunhofer Institute for Foundry, Composite and Processing Technology IGCV ha sviluppato un anello da dito intelligente. L’ anello prodotto utilizzando il processo di stampa 3D ha un chip RFID integrato che è a prova di falsificazione, sigillato e invisibile nell’anello del dito.
Secondo il team, l’anello intelligente ha molti possibili usi. In teoria, può sostituire chiavi di casa, portafogli, tessere sanitarie, tessere alberghiere e cose simili.
Stampa 3D con integrazione elettronica automatizzata
Tuttavia, più importanti dell’anello stesso sono il processo di fabbricazione e la capacità di integrare l’elettronica durante il processo di produzione di un componente, anche in punti del componente che altrimenti sarebbero inaccessibili. Ad esempio l’interno di un anello da dito intelligente.
Per il processo di produzione, il team si è affidato alla produzione additiva basata su letto di polvere. Durante il processo, un raggio laser viene passato su un letto di polvere metallica fine. Nel punto in cui il punto laser da 80 micrometri colpisce la polvere, si scioglie e poi si solidifica per formare un materiale composito: il resto del metallo non esposto rimane in polvere.
L’anello del dito è costruito strato per strato, con una rientranza corrispondente per l’elettronica. Il processo viene interrotto a metà. Un sistema robotico preleva automaticamente un componente RFID da un caricatore e lo posiziona nella cavità prima che il processo di stampa continui. La produzione finemente controllabile apre molte possibilità, quindi è possibile implementare design di anelli completamente personalizzati. Inoltre, il chip è sigillato dall’anello e quindi a prova di falsificazione.
Il processo di stampa 3D stesso è noto da molto tempo. L’obiettivo principale dello sviluppo era principalmente l’espansione del sistema di fusione del raggio laser con il processo automatizzato auto-sviluppato che posiziona l’elettronica.
“Convertire la tecnologia hardware in modo che l’elettronica possa essere integrata durante il processo di produzione è unico”, afferma Maximilian Binder, ricercatore senior e leader del gruppo nel campo della produzione additiva presso Fraunhofer IGCV.
Il secondo obiettivo dello sviluppo era la domanda: come possono i segnali elettromagnetici del chip RFID essere inviati attraverso il metallo? Perché di solito il metallo scherma fortemente i segnali. Il team di ricerca ha effettuato numerose simulazioni ed esperimenti e ha trovato una soluzione adeguata.
“Usiamo una frequenza di 125 kilohertz: questa ha una portata più breve – come è decisamente desiderato qui – ed è meno schermata dal metallo”, spiega Binder.
Inoltre, il tag è attaccato in modo tale che i suoi segnali debbano penetrare solo un millimetro di metallo. Anche il design della cavità e l’incorporazione dell’elettronica in essa svolgono un ruolo importante nella propagazione del segnale, poiché le pareti possono riflettere o assorbire i segnali.
Un’altra sfida era proteggere l’elettronica sensibile dei tag RFID dalle temperature di oltre 1000 gradi Celsius nel processo di produzione.
Numerose applicazioni concepibili
La tecnologia può essere utilizzata ovunque sia difficile il modo tradizionale di integrare l’elettronica. Ad esempio, i ricercatori stanno attualmente lavorando a un’applicazione nel campo della tecnologia di produzione: stanno implementando sensori nelle ruote dentate, dove dovrebbero inviare in modalità wireless informazioni sullo stato di carico, le temperature in varie posizioni e altri parametri importanti per una valutazione l’unità è sotto tensione durante il funzionamento. Un dente mostra già segni di danneggiamento? Questo può essere visto dalla vibrazione misurata. I sensori integrati ricevono l’energia necessaria tramite un’antenna RFID stampata all’esterno: i sensori funzionano in modo passivo, ovvero senza batteria o altra alimentazione separata.
L’anello intelligente è stato sviluppato dai ricercatori del Fraunhofer IGCV nell’ambito del progetto MULTIMATERIAL Center Augsburg. Il grande progetto finanziato dal Ministero bavarese dell’economia, dello sviluppo regionale e dell’energia è suddiviso in dieci progetti individuali, tra cui il progetto KINEMATAM , che fornisce l’idea e il dimostratore della parte intelligente.
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