Funkchip und Sensor in einem

12.10.2010: Die RFID-Technologie ist auf dem Vormarsch. Doch bisher liefern Funkchips im Wesentlichen nur Daten zur Identifikation von Produkten. Forscher haben jetzt einen Transponder entwickelt, der Temperatur, Druck und Feuchtigkeit misst. Der Chip mit Sensorfunktion könnte den Anwendungsmarkt revolutionieren.

Hinweise dieser Art findet man in vielen Beipackzetteln: »Das Serum muss zwischen +2° und +8° C aufbewahrt werden. Sowohl Einfrieren als auch Lagerung bei erhöhter Temperatur ist zu vermeiden, da die Wirksamkeit und Verträglichkeit beeinträchtigt werden können.« Medikamente, Impfseren oder Blutkonserven sind sehr temperaturempfindlich. Dafür haben Ärzte, Apotheker und Krankenhäuser auch einen Kühlschrank. Aber was passiert beim Transport vom Pharmahersteller zum Endabnehmer? Um die Temperaturen während der Lieferwege zu überwachen, könnten Hersteller künftig auf eine neue RFID-Technologie setzen. Steigt die Temperatur während des Kühltransports unerwartet, registriert der intelligente Chip die Schwankung sofort und meldet sie an das Lesegerät.

Diese erweiterte RFID-Technologie ist eine Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden. Dort haben die Forscher den kleinen Funketiketten eine Sensorik verpasst. Jetzt senden die neuartigen Transponder nicht nur wie bisher Daten wie Chargen- oder Identifikationsnummer. Vielmehr haben sie Sensoren integriert, die bestimmte Parameter messen: Ganz gleich ob Temperatur, Druck oder Feuchtigkeit - die gewünschten Umgebungsparameter hat man so immer unter Kontrolle. »Wir haben die UHF-Transponder-Technologie (Ultra-High-Frequency) mit der Sensortechnik kombiniert«, sagt Projektleiter Hans-Jürgen Holland.

Die UHF-Transponder senden im Frequenzbereich zwischen 860 Megahertz und 2,45 Gigahertz und haben eine größere Reichweite als gewöhnliche RFID-Transponder. Doch bisher stellte die Kopplung eines Transponders mit einem Sensor-Modul die Forscher vor eine Herausforderung: »Die maximale Energie, die sich zu einem UHF-Transponder übertragen lässt, ist sehr klein«, erläutert Holland. Passive Tags sind Funkchips, die ihre Energie für die Signalübertragung aus dem Energiefeld des Readers beziehen - jener Einheit, die alle Daten empfängt und ausliest. Passive Transponder benötigen also keine eigene Stromquelle, können aber nur in Reichweite des Readers arbeiten. In der Regel sind das bei UHF-Transpondern zwischen zwei und sechs Metern. »Bei dieser knappen Energiebilanz war es bisher nicht möglich, auch noch die Sensorik zu integrieren«, erklärt Holland. Denn auch die Sensoren brauchen Strom. »Jetzt aber ist uns das gelungen«, sagt der Forscher. Ein Mikro-Controller auf den Modulen sorgt dafür, dass die vom Sensor gemessenen Daten komprimiert und teilweise verarbeitet werden. Auf diese Weise wird die Datenmenge, die der Transponder an den Reader sendet, kleiner - der Energieverbrauch sinkt. Zudem kann der Reader den Befehl zur Steuerung der Sensoren senden. So sind diese nicht im Dauerbetrieb. Jetzt haben die Forscher ein Grundelement entwickelt, das sich an die Anwendungswünsche des Kunden anpassen lässt. Auf diesem befinden sich speziell gefertigte serientaugliche Chips, die eine Kopplung von Transponder-Modul und Sensor-Modul ermöglichen.

Für die UHF-Transponder-Technologie sehen die Forscher viele Einsatzmöglichkeiten, vor allem im Medizinbereich - Lifetronics nennen sie das: Neben der üblichen Chargendokumentation wäre mit Hilfe der Tags die Kühlkettenüberwachung von Blutprodukten oder Impfseren möglich. Man könnte aber auch Pflaster mit den Transpondern versehen. Feuchtigkeit und Temperatur geben dann Auskunft über den Verlauf der Wundheilung. Auf der Messe Electronica in München vom 9. bis 12. November stellen die Experten ein Evaluationskit vor, das aus einer Grundplatine, zwei Antennen für den UHF- und MW-Bereich und der Software besteht. Anwender können damit ihre individuelle Lösung entwickeln.