RFID与无线物联网融合创新：智能技术与传感应用的前沿进展

《IEEE Journal of Radio Frequency Identification》：Innovations in RFID and Wireless-IoT: Advancements in Smart Technologies and Sensing Applications Guest Editorial of the Special Issue on SpliTech 2024 Conference

本刊特约编辑推荐：为解决传统RFID系统防伪能力不足、柔性传感器生物兼容性差及环境监测设备功耗高等问题，研究人员通过多功率非线性 interrogation 技术增强RFID天线电磁指纹熵值[A1]，利用PEDOT沉积策略开发柔性RF传感器[A4]，并设计基于LPWAN的低功耗物联网数据记录器[A2]。这些成果为RFID在防伪、医疗监测和可持续环境管理领域的应用提供了新范式。

　　

随着物联网(IoT)技术的迅猛发展，射频识别(RFID)作为其核心感知层技术，正从传统的物品识别向多功能集成传感方向演进。然而，当前RFID系统仍面临三大挑战：首先，普通RFID标签的电磁响应易于仿制，在药品溯源、奢侈品防伪等场景存在安全隐患；其次，医疗监测领域对柔性传感器的生物兼容性和机械柔韧性要求极高，传统金属基天线难以满足长期植入需求；此外，野外环境监测节点通常依赖电池供电，在偏远地区的可持续运维存在困难。为此，发表于《IEEE Journal of Radio Frequency Identification》的特刊收录了SpliTech 2024会议的前沿成果，集中展示了RFID技术与材料科学、电路设计及通信协议的交叉创新。

关键技术方法

研究团队通过多功率激励RFID集成电路(IC)的非线性响应生成高熵电磁指纹[A1]；采用气相聚聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)沉积工艺制备柔性射频传感器[A4]；基于低功耗广域网(LPWAN)架构设计支持太阳能充电的物联网数据记录器[A2]；结合超高频(UHF) RFID与移动机器人实现无电池环境监测网络的自调谐防碰撞通信[A5]。

增强RFID天线电磁指纹通过非线性 interrogation

Nanni和Marrocco[A1]发现RFID芯片在不同入射功率下呈现非线性阻抗特性，通过动态切换读写器发射功率(13-27 dBm)，使标签反向散射信号产生独特响应轨迹。实验表明，该方法将标签电磁指纹的香农熵提升至传统单功率 interrogate 的3.2倍，为物理不可克隆函数(PUF)在防伪领域的应用奠定基础。

PEDOT沉积在柔性射频传感器制造中的作用

Casula团队[A4]对比了旋涂、喷墨打印和气相聚合三种PEDOT沉积工艺，发现气相聚合形成的导电聚合物薄膜在1-6 GHz频段具有更稳定的介电常数(ε_r=3.2±0.3)。将此类薄膜与偶极子天线集成后，制作的湿度传感器在25-85%RH范围内灵敏度达0.18%Δ|S₁₁|/%RH，且经历500次弯曲循环后性能衰减<5%。

通用物联网数据记录器的设计与评估

Sabi等[A2]采用STM32L072微控制器与LoRaWAN^?模块构建的数据记录器，在仅配备2000 mAh太阳能电池板的情况下，可实现每10分钟采集一次水文数据并持续工作84天。野外测试表明，在信号强度-120 dBm的偏远山区，数据包成功投递率仍保持96.7%。

自动智能无电池环境监测物联网系统

Cecchi等[A5]创新性地将UHF RFID标签与温度、湿度传感器集成，通过移动机器人携带的读写器进行周期性数据采集。系统采用Impinj R700读写器与Monza R6芯片组合，利用芯片的自调谐阻抗匹配功能，将多标签碰撞概率从34%降至7%，实现了对300平方米温室的连续空间监测。

实时空气质量监测的智能物联网系统

Osa-Sanchez和Garcia-Zapirain[A3]将PM_2.5、CO₂传感器嵌入3D打印外壳，通过机器学习算法校正传感器漂移。在疫情期间于医院病房部署的测试显示，该系统与专业仪器测量的PM_2.5浓度相关性系数达0.91，成本仅为商用设备的1/5。

无线单芯片ECG监测系统与生物阻抗分析

Ria团队[A6]采用180 nm CMOS工艺开发了面积仅1.2 mm²的专用集成电路(ASIC)，首次实现了心电(ECG)和生物阻抗(BioZ)信号的同步采集。临床验证表明，该系统采集的QRS波群与BioZ呼吸波形的相关性分别达到0.98和0.94，功耗仅1.8 mW，可集成于智能贴片实现连续健康监测。

结论与展望

本系列研究通过材料创新、电路优化和系统集成，显著拓展了RFID技术在防伪、医疗监测和环境感知等领域的应用边界。非线性电磁指纹增强技术为物品防伪提供了硬件级安全方案，柔性PEDOT传感器则开辟了生物兼容电子设备的新路径。尤其值得注意的是，无电池传感网络与移动机器人平台的结合，解决了传统监测系统部署灵活性与可持续性的矛盾。这些成果不仅体现了RFID技术从标识工具向智能感知载体的转型，更为构建大规模、低功耗的物联网生态系统提供了关键技术支撑。未来研究可进一步探索人工智能驱动的RFID信号解析、可降解柔性电子材料等方向，推动RFID技术在数字医疗、智慧城市等场景的深度融合。