Cada vez mais, a tecnologia da identificação por radiofrequência faz parte do nosso dia-a-dia. Muitas vezes temos esta tecnologia ao nosso lado, trabalhando por nós, e não nos atentamos a respeito disto. Ela está presente nas aplicações mais cotidianas e nas aplicações mais sofisticadas e complexas. RFID é um acrônimo do nome "Radio-Frequency IDentification".
Nota: Artigo publicado na Revista Saber Elertrônica 447 de Maio/Junho de 2010.
Todos os leitores devem se lembrar do terrível acidente aéreo, ocorrido em setembro de 2006, envolvendo o Boeing 737 da Gol (Voo 1907) e o Embraer Legacy 600, o qual estava voando para os EUA para ser entregue a um Cliente comprador daquele país.
Noticiou-se muito, na época, a respeito do desligamento de um equipamento do Legacy por parte da tripulação, que viria a impedir o radar do controle de tráfego aéreo de receber as informações fidedignas a respeito do posicionamento desta aeronave; bem como impediria, também, que o conjunto de equipamentos de prevenção de colisão (Traffic Collision Avoidance System - TCAS), existente em ambas as aeronaves, conseguisse cumprir sua função e evitar a colisão fatídica. Pois é, o tal equipamento que foi desligado é um transponder, em uma de suas aplicações sofisticadas e complexas.
Quando falamos em transponder, temos que dividi-lo, primeiramente, em dois grupos: o grupo dos transponders passivos e o grupo dos transponders ativos.
O Transponder Passivo
É aquele dispositivo constituído por alguns componentes: um chip de silício, uma antena e um substrato de filme plástico ou um encapsulamento (normalmente vidro, plástico ou epóxi). Ele é dito passivo pela ausência de uma bateria junto a este conjunto de componentes sua alimentação vem da energia gerada pela antena do leitor. (Figura 1)
Ainda nesta família, podemos dividir estes transponders em três grupos: os transponders de baixa frequência, os transponders de alta frequência e os transponders de ultra- alta frequência, conforme espectro mostrado na figura 2.
Transponder LF: Baixa frequência:
Os primeiros transponders a surgirem para as aplicações comerciais (antes disto, já existia para aplicação aeronáutica, desde os anos 40), em meados dos anos 80, foram os transponders de baixa frequência — LE Cada fabricante utilizava seu padrão de funcionamento e frequência de operação, podendo variar desde 125 kHz a 135 kHz. (figura 3).
Todos os fabricantes utilizam a frequência de 125 kHz; a menos da Texas Instruments, que optou por seu padrão de funcionamento, haif-dupiex, frequência de operação em 134,2 kHz. Os demais fabricantes, que operam em 125 kHz, têm padrão de funcionamento full-duplex. No sistema half-duplex, o leitor emite um sinal em alta potência, o que serve para interrogar o transponder e, ao mesmo tempo, para alimentá-lo. Em seguida, o leitor se cala e aguarda a resposta do transponder. Este padrão de funcionamento é um pouco mais lento do que os demais, contudo, permite maior distância na leitura do transponder.
No sistema full-duplex, o leitor fica emitindo de forma contínua seu sinal e, o transponder, para responder, modula o retorno deste, ao leitor. Como o leitor está energizando continuamente o transponder, permite-se maior velocidade na transação e, facilita a leitura de mais de um transponder simultaneamente. Contudo, reduz-se a distância de leitura do mesmo. Vale salientar que, nesta frequência, cada fabricante opera a sua maneira, e desta forma, não há como intercambiar dispositivos entre diversos fabricantes. Basicamente, estes transponders possuem um UID de 32 ou 64 bits (UID significa número de identificação única), há modelos somente para leitura (somente com UID), há modelos para gravação e leitura (onde o UID vem "zerado" e o Usuário atribui um UID ao transponder), e, há modelos multi paginados (com UID de fábrica e área de memória livre) para o armazenamento de informações de uso da aplicação.
Transponder HF: Alta frequência
Em meados dos anos 90, os fabricantes começaram a desenvolver seus dispositivos operando em alta frequência — HF (13,56 MHz). Por ser uma frequência mais elevada, com a velocidade de transação bem maior, comparativamente à baixa frequência, estes transponders já começaram a agregar mais funcionalidades. Contudo, no intuito de possibilitar o intercâmbio entre fabricantes, foi criada uma norma internacional assinalando as diretrizes de funcionamento desta nova tecnologia: IS015693 para logística e IS014443A/B para bilhetagem. (figura 4)
Os transponders ISO 15693 possuem um UID de 64 bits e possibilidade de páginas de memória não volátil, para uso livre da aplicação. Operam em 13,56 MHz, full-duplex. Na grande maioria das ocorrências, este tipo de transponder é fabricado a partir de um filme fino de plástico PET, com a antena depositada em material condutor e, no centro, o chip. Este tipo de transponder é muito utilizado em etiquetas para identificação de caixas e pacotes na logística e, o leitor poderá ler dezenas de transponders simultaneamente e é bastante indicado na leitura em confinamento, ou seja, na leitura de caixas e pacotes nas esteiras.
Os transponders ISO14443, que também podem ser construídos da mesma forma que o ISO15693, operam na mesma frequência, possuem um UID de 32 bits e bastante área de memória não volátil para uso da aplicação, contudo, com a limitação na distância de leitura (até 10 cm), para prover maior segurança nas transações. Lembrando que este padrão foi concebido para bilhetagem, ou seja, para armazenar informações financeiras e monetárias.
A marca mais conhecida, para este tipo de transponder, é a Mifare, que foi de propriedade da Philips e hoje, pertence à NXR Quando se fala em um cartão Mifare, na realidade, está se falando em um transponder, encapsulado em plástico PVC (conforme Norma ISO: 7810/781 I ) e, que opera conforme a Norma ISO I 4443A.Outros fabricantes (TI, STM etc) operam conforme a Norma ISO 14443B. (figura 5)
Transponder UHF: Ultra- Alta Frequência
No início dos anos 2000 iniciou-se um movimento para possibilitar a substituição do código de barras EAN-13, na cadeia varejista, por RFID. Contudo, antes que cada fabricante desenvolvesse seu próprio padrão, os maiores interessados (grandes grupos varejistas, fabricantes de semicondutor e provedores de solução) se juntaram para a criação do padrão EPC, no português, Código Eletrônico de Produto. Nascem, neste novo padrão, os transponders que operam na faixa dos 900 MHz. (figura 6).
Diferentemente dos transponders de baixa (125 kHz a 135 kHz) e alta frequência (13,56 MHz), que se comunicam através do acoplamento magnético, onde a antena do transponder e a antena do leitor nada mais são do que bobinas que funcionam como se fossem o primário e o secundário de um grande transformador; no transponder e leitor de ultra- alta frequência — UHF, há o princípio da propagação da onda eletromagnética. A antena do transponder, ao invés de ser uma bobina, forma um dipolo (na maioria dos casos) que propicia a existência de campo elétrico e magnético na condução da informação, nas transações entre o transponder e o leitor. (figura 7).
Como este tipo de transponder utiliza o princípio da propagação da onda eletromagnética, possibilita uma distância maior na leitura do transponder, podendo chegar a mais de 10 metros, dependendo das condições ambientais e da construção do transponder e leitor.
Grandes fabricantes de semicondutores provêm chips para a fabricação de transponders passivos, tais como, Texas Instruments, NXP Semiconductor, STMicroelectronics, Atmel Corporation e EM Microelectronic. No caso da Texas Instrunnents, é disponibilizado um portfólio bastante extenso de transponders de baixa e alta frequência.
No caso da NXP Semiconductor, há a disponibilização de alguns modelos de transponders e, um portfólio bastante diverso de chips para a fabricação destes transponders. Para transponder UHF, os fabricantes de semicondutores fornecem somente o chip, para que outros agentes desta cadeia fabriquem o transponder, conforme as diversas aplicações e possibilidades de uso.
O Transponder Ativo
É aquele dispositivo dotado de circuito eletrônico, antena, substrato ou encapsulamento e, sobretudo, a bateria para prover energia autônoma. Figura 8.
Não há um padrão definido para transponder ativo e nem frequência de operação (pode variar desde 125 kHz a até 5,8 GHz). Cada aplicação especifica as condições gerais para o uso de um dispositivo identificador por radiofrequência, inclusive com normas internacionais ou regionais.
Diferentemente do transponder passivo, que utiliza um único chip, a construção de um transponder ativo, requer um conjunto de chips, ou seja, um circuito eletrônico composto por diversos componentes, montados sobre uma placa de circuito impresso (PCI) e acondicionados em gabinete plástico ABS. Normalmente, divididos em circuito lógico ou de controle, e circuito analógico de potência (analog front-end). Dependendo do fabricante do transponder ativo, este circuito eletrônico pode estar contido dentro de um único chip, conhecido por ASIC (Application Specific Integrated Circuit). O chip ASIC é um chip desenvolvido unicamente para um produto e/ou para uma aplicação, neste caso, um chipset para transponder ativo.
Por ser alimentado por bateria, o transponder ativo possui maior potência na sua transmissão e, por consequência, possibilita maior distância na sua leitura; além de outras funcionalidades, especificadas pela aplicação.
Aplicações no Mercado
No geral, o custo unitário de um transponder ativo é maior do que de um transponder passivo. Este fator implica, e muito, na escolha da tecnologia RFID, no momento da tomada de decisão. Como já mencionado, o RFID está presente na vida de todos. Para exemplificar, vamos tentar ilustrar a cadeia de produção de algumas aplicações mais típicas:
Sistema de Controle de Acesso e Ponto Eletrônico
Esta aplicação, bem aderente às tecnologias RFID (LF e HF), talvez a mais comum e com a maior quantidade de integradores disponíveis no mercado, foi a que possibilitou a popularização da tecnologia RFID no Brasil.
Até início dos anos 90, os crachás de controle de acesso e de controle de ponto eletrônico, utilizam a tecnologia do código de barras e, em alguns casos, a tecnologia da tarja magnética. Estas duas tecnologias são frágeis, no que tange à segurança dos dados armazenados no crachá e de fácil replicação por falsificadores.
Além disto, para a leitura destes crachás, o usuário tinha que passá-lo numa fenda (chamada slot reader), com o crachá posicionado da forma absolutamente correta e na velocidade também correta, para que a leitura tivesse sucesso. Isto provocava, desta forma, um gargalo no processo, principalmente, nos sistemas de controle de ponto eletrônico ou catraca de acesso, onde há uma fila de pessoas aguardando para utilizar o sistema.
Com o advento da tecnologia RFID e os cartões de proximidade (transponder encapsulado em PVC conforme a Norma ISO7810, a operação de acesso em catracas e a tomada do ponto eletrônico ficaram extremamente mais rápidas, evitando, ou diminuindo absurdamente, as filas. (figura 9).
Outra vantagem da tecnologia RFID, nesta aplicação, é a possibilidade de se combinar com a tecnologia biométrica, onde o padrão biométrico do usuário fica armazenado na memória do chip RFID e, ao aproximar o cartão do leitor, esta informação é confrontada com a informação lida pelo leitor biométrico (digital, íris, face, mão etc.). Desta forma, pode-se aumentar muito a segurança no sistema de acesso de pessoas a determinados locais e a determinadas informações, como por exemplo, em um sistema de acesso a banco de dados hospedados em servidores. Outro formato de transponder para controle de acesso de pessoas, menos utilizado porém, é o transponder tipo chaveiro, que, como o nome bem diz, pode ser transportado pelo usuário junto ao seu molho de chaves. Figura 10.
Quando falamos em sistema de controle de acesso, não podemos nos esquecer do controle de acesso veicular, bastante utilizado em condomínios residenciais e comerciais. Tags maiores e mais potentes são instaladas no vidro para-brisas do veículo, ou no chassi (parte inferior do veículo), e, leitores/antenas, adequadamente posicionadas, fazem a leitura destes tags e enviam o UID para o sistema analisar e permitir, ou não, o acesso deste veículo ao local desejado. Figura 11. Para controle de acesso veicular, a utilização de tag ativa se encontra em curva ascendente.
Cadeia fornecedora
Fabricante de Semicondutor Distribuidor → Indústria Integrador → Cliente. Os fabricantes de semicondutores fornecem, através da distribuição oficial, todos os componentes eletrônicos necessários para a fabricação de transponder e leitor RFID.
Empresas com objetivo industrial fabricam, através da utilização destes componentes, os transponders tipo cartão, tipo chaveiro ou automotivo, bem como os leitores RFID e seus agregados de infraestrutura e controle. Para que a solução RFID chegue ao Cliente Final, há um agente muito importante, envolvido nesta cadeia: trata-se do integrador.
O integrador tem a missão de identificar a necessidade do Cliente Final e unir a mais aderente tecnologia RFID (transponders e leitores) aos demais hardwares de infraestrutura e controle, a um software gestor do sistema; instalar tudo isto no local da utilização, "startar" o sistema, treinar todos os envolvidos e usuários, e por fim, manter o sistema funcionando perfeitamente através dos tempos.
Sistema de Movimentação de Materiais
Esta aplicação, bem aderente às tecnologias RFID (HF e UHF), talvez seja a mais potencial a médio e longo prazo no Brasil. Como o mercado brasileiro é muito sensível ao custo, a utilização da tecnologia do código de barras ainda impera nos centros de distribuição e na cadeia varejista brasileira. Contudo, esta realidade tende a mudar dentro de alguns anos.
Em meados dos anos 90, a IATA - International Air Transport Association iniciou o estudo prático para a substituição do código de barras no check-in e transporte de bagagens no sistema aeroportuário. Esta intenção ajudou no desenvolvimento da tecnologia HF e o nascimento da norma ISO 15693. Em alguns aeroportos do mundo foram montados grandes leitores RFID (para testes de campo), contudo, devido à alta complexidade da aplicação, que envolve todos os aeroportos do mundo e os fabricantes de aeronaves, predominantemente, até o momento, ainda convivemos com a etiqueta de código de barras grudada à nossa bagagem quando viajamos.
Veja ao lado, imagem de um leitor RFID HF, que foi montado como um portal numa esteira de bagagens no terminal 1 do aeroporto de Heathrow, em Londres, Inglaterra. Figura 12. Este leitor foi integrado por uma empresa utilizando tecnologia Texas Instruments e leitor da alemã Feig Electronics.
Apesar dos aeroportos ainda não usarem o RFID no seu dia-a-dia, a tecnologia HF foi adotada por empresas de logística ao redor do mundo, sobretudo na Europa e EUA, onde a mão-de-obra é mais cara. Figura 13.
A grande vantagem do RFID sobre o código de barras é que uma etiqueta eletrônica, além de seu UID, disponibiliza área de memória para a gravação de informações pertinentes a uma determinada movimentação, tais como: origem, destino, número de lote, número de NF, data e hora de cada movimento, agentes envolvidos etc. Coisas que não são possíveis no código de barras, mesmo utilizando o código 2D, que permite uma grande quantidade de informações, inviabiliza a gravação de informações ao longo do processo de movimentação, necessitando a inclusão de novas etiquetas de código de barras, com as novas informações.
O leitor de código de barras não consegue ler mais de uma etiqueta simultaneamente, bem como ler etiquetas que estejam dentro de caixas manter. Para o leitor RFID, isto não é problema. Ele lê e grava informações, em diversas etiquetas eletrônicas a qualquer momento ou fase do processo. Com certeza, traz mais confiabilidade e muito mais agilidade aos processos, principalmente nestes dias atuais, onde a presença das lojas virtuais está crescendo cada vez mais. As lojas são virtuais, mas os produtos por elas comercializados são reais e precisam chegar rapidamente nos lares dos Clientes. Desta forma, precisa-se de agilidade tanto nos centros de distribuição destas lojas quanto nos centros de distribuição dos transportadores de mercadorias contratados.
Impressoras de código de barras, largamente empregadas em sistemas de movimentação de materiais, atualmente já possuem a habilidade de, além da impressão visual das informações na etiqueta (via cabeça térmica), também gravarem as informações no chip RFID, instalados nestas etiquetas eletrônicas através de módulo gravador OEM adequadamente posicionado no interior destas. Figura 14.
Outro mercado bastante potencial é a cadeia varejista, os grandes supermercados já dispõem de lojas conceituais, onde os produtos são identificados por etiquetas eletrônicas. A grande vantagem do advento desta tecnologia para a cadeia supermercadista é a possibilidade do inventário em tempo real, nas suas lojas. Pois, o grande problema enfrentado hoje, onde o código de barras EAN- 13 ainda impera, é saber o momento exato de transferir mercadorias estocadas no almoxarifado das lojas para as gôndolas.
Acredito que muitos dos leitores já foram ao supermercado em busca de determinados produtos e não os encontraram nas prateleiras. Contudo, o mais cruel desta história é que, na grande maioria das vezes, o produto está disponível no almoxarifado do supermercado e não foi reposto na gôndola. Para evitar este tipo de ocorrência, o supermercado tem que dispor de um batalhão de empregados repositores, que devem rodar a loja constantemente para verificar se algum produto está em falta e necessita reposição. Isto gera custo de mão-de-obra e, principalmente, desconforto ao Cliente deste supermercado, pois, os corredores ficam abarrotados de pallets com produtos atrapalhando a passagem das pessoas e dos carrinhos.
A implantação da tecnologia RFID numa loja de supermercado requer muitas intervenções, como, a substituição das atuais gôndolas de metal por gôndolas de material isolante, provavelmente, à base de plásticos; a substituição dos atuais carrinhos, também de metal, por carrinhos plásticos e a inclusão de baias com portal RFID no lugar das atuais caixas registradoras. Em compensação, haverá a redução na quantidade de empregados necessários por loja.
No entanto, ainda há muitos desafios a serem vencidos pela frente, um deles é o custo da implantação desta tecnologia, principalmente no Brasil onde o custo é relevante.
Cadeia fornecedora
Fabricante de Semicondutor → Distribuidor → Indústria → Integrador → Cliente. Os fabricantes de semicondutor fornecem, através da distribuição oficial, todos os componentes eletrônicos necessários para a fabricação de transponder. Empresas com objetivo industrial fabricam, através da utilização destes componentes, os transponders tipo etiqueta e agregados de infraestrutura e controle pertinentes.
A fabricação de leitores e antenas RFID, principalmente para a tecnologia U H F, ainda está a cargo das empresas europeias e norte americanas.
Tal qual no sistema de controle de acesso, aqui, o integrador também tem a missão de identificar a necessidade do Cliente Final e unir a mais aderente tecnologia RFID (transponders e leitores) aos demais hardwares de infraestrutura e controle, a um software gestor do sistema; instalar tudo isto no local da utilização,"startar" o sistema, treinar todos os envolvidos e usuários, e por fim, manter o sistema funcionando perfeitamente através dos tempos.
Sistema de Cronometragem Esportiva
Esta aplicação, bem aderente às tecnologias RFID LF e UHF, está presente no dia-a-dia dos esportistas amadores mundo afora, inclusive no Brasil. Quem não conhece a famosa Corrida Internacional de São Silvestre? Ou a Maratona Internacional de São Paulo? Ou a Volta Internacional da Pampulha? Ou a Meia Maratona Internacional do RJ?
O uso da tecnologia RFID na cronometragem esportiva surgiu nas Olimpíadas de 1986, em Atlanta, EUA. No Brasil, certamente, centenas de milhares de pessoas a cada ano vestem em seus calçados esportivos, o chip eletrônico, dispositivo indispensável para que a tomada de tempo e o levantamento de curva de desempenho do atleta sejam viabilizadas. Figura 15.
Grandes tapetes são posicionados no chão das vias públicas, por onde milhares de pés passam de forma apressada rumo à fita de chegada. A cada passada, estes tapetes, que na realidade são grandes antenas RFID conectadas aos leitores RFID, leem o chip do atleta e enviam o UID do transponder para um software especializado em processar esta informação.
Cadeia fornecedora
Fabricante de Semicondutor → Distribuidor → Provedor da Solução → Cliente.
O fabricante de semicondutor fornece, através da distribuição oficial, todos os componentes eletrônicos necessários para a fabricação de transponder e leitor RFID. Empresas com objetivo industrial fabricam, através da utilização destes componentes, os transponders adequados, bem como os leitores e antenas RFID e seus agregados de infraestrutura e controle.
Para que a solução RFID chegue ao Cliente Final, estas mesmas empresas provêm a solução como um todo, em forma de Serviço de Cronometragem Esportiva. Para cronometragem de automobilismo, o tag ativo é extremamente aderente.
Algumas empresas envolvidas:
Fabricante de Semicondutor:
• Texas Instrunnents.
Distribuidor da Tecnologia RFID:
• Arrow Brasil.
Indústria de leitor, antena e transponder RFID e Integrador de Sistema:
• Chip timing;
• Cronoserv.
A possibilidade de uso da tecnologia RFID é infinita. Além das descritas anteriormente, outras podem ser citadas:
• Controle e Gestão de Ativo Imobilizado;
• Identificação de Animais (gado, ovelhas; peixes, animais de estimação);
• Gestão de Resíduos Sólidos;
• Gestão de Abastecimento de Veículos;
• Bilhetagem em Transporte Público (Bilhete Único);
• Identificação de Chaves Automotivas (Imobilização);
• Pedagiamento (Via Fácil/ Sem Parar);
• Identificação de Pallets.
• Identificação de Pacientes em Ambiente Hospitalar;
• Identificação e Rastreabilidade de Enxovais em Lavanderia Industrial;
• Gestão de Bibliotecas.
