27.12.2023
Сергей Ильин и Ангелина Горская, компания InterID

От идентификации «свой-чужой» - до современных систем прослеживания

Зачем немецкие самолеты, возвращаясь на авиабазы во время второй мировой войны, делали двойную «бочку»?

Все очень просто — так пилоты показывали наземным службам, что летят свои. Не самый лучший способ, но что им оставалось, когда голосовой связи с диспетчерами еще не было, да и радары были еще несовершенны?

На самом деле, с аналогичной проблемой сталкивались все страны по обе стороны фронта. Первыми выход нашли британцы. Под руководством Роберта Александра Уотсона-Уотта (одного из изобретателей радара), они разработали активные передатчики. Такое устройство устанавливалось в самолет, реагировало на входящий радиосигнал и отсылало назад импульсы, подтверждающие, что приближается свой. Принцип тот же, что и у современных RFID-меток. Только сегодня метки, как правило, пассивные и собственного источника питания не имеют. Расшифровывается английская аббревиатура RFID как Radio Frequency Identification, по-русски — радиочастотная идентификация.

RFID, «жучки» и музыка

Полностью пассивный передатчик — эндовибратор — изобрел русский ученый Лев Термен в 1943 году. Это был шпионский «жучок» или, как его называют в Штатах - «The Thing»: то есть, «штука», «штуковина». Внутри, «штуковина» не имела никаких источников питания и состояла из проволочной антенны, металлической полости и резонирующей мембраны. При подаче сильного стороннего сигнала, устройство приходило в действие: мембрана начинала модулировать отраженную волну и передавать все, что «слышала», на активный приемник.

В 1945 году советские пионеры преподнесли в подарок американскому послу копию с герба большой печати США. Изделие было выполнено из ценных пород дерева, так что посол был очень польщен таким знаком внимания и повесил подарок в своем кабинете. Однако он не учел, что в нем спрятан тот самый эндовибратор конструкции Льва Термена. Обнаружили «прослушку» американцы лишь через шесть лет, а заявили об этом еще позже — в 1960-х, когда надо было ответить на инцидент со шпионским самолетом США. Сегодня «штуковина» выставлена в музее ЦРУ.



Герб большой печати США и эндовибратор внутри герба


Кстати, Лев Термен ещё в двадцатых годах прошлого века создал свое самое знаменитое изобретение — музыкальный инструмент терменвокс. Этот прибор тоже работал с отраженными радиочастотами, но подключался к электросети, имел два высокочастотных генератора и пару антенн. При включении, вокруг терменвокса создавалось магнитное поле, а играть на нем надо было поднося руки то ближе к антеннам, то дальше от них.

Терменвокс быстро снискал популярность, и даже стал первым электромузыкальным инструментом, который вошел в состав симфонического оркестра. Полюбили терменвокс и киношники: уникальный инструмент звучит в «Человеке-амфибии», в фильме «Иван Васильевич меняет профессию» его магические звуки создают иллюзию работающей машины времени. А вот дебютом терменвокса в кино считается триллер «Завороженный» Альфреда Хичкока. Было это в 1945 году.



Лев Термен демонстрирует игру на терменвоксе

RFID на страже магазинов

Но вернемся со съемочной площадки в лаборатории. В 1960-х в Японии, США и Европе велись активные исследования радиопередатчиков, радаров и другой радиолокационной техники. Среди достижений оказалась антикражная система для магазинов, которая была построена по технологии RFID: на товары крепилась магнитная метка, а на выходе устанавливали ворота со считывателем. Если сигнал с метки передавал единицу (в системе применялись однобитные транспондеры), ридер на воротах срабатывал и сообщал о попытке вынести из магазина неоплаченную вещь. Если же покупатель заплатил за товар, метка на товаре отключалась продавцом либо охранником и при «прохождения» через ворота никак не реагировала на сигнал считывателя.

Такая система безопасности быстро прижилась в магазинах, которые теперь несли меньше издержек. Это, в свою очередь, дало стимул к развитию радиочастотных технологий для массмаркета. Так, 23 февраля 1973 года американский изобретатель Марио Кардулло (Mario Cardullo) запатентовал пассивный радиотранспондер с собственным блоком памяти на 128 Кб. В другом патенте Кардулло заявлял о возможности использования радиочастот, света и звука в качестве носителей информации. И наконец, еще в 1969 году, Кардулло перечислил способы применения системы радиоидентификации:

• На транспорте — для распознавания машин, отслеживания передвижений автомобиля, мониторинга производительности;
• В банковской сфере, где кредитки и кассовые чеки можно было бы перевести в электронный формат;
• В медицине — для идентификации пациентов, быстрого получения истории болезни;
• В охранной деятельности — для установления личности, наблюдения, автоматических пропускных пунктов и так далее.

Фактически, Кардулло предсказал многие варианты использования RFID, не предугадав, разве что, складского хранения, логистических цепей и сферу культуры.





Заявка Марио Кардулло на патент пассивного транспондера для систем автоматической оплаты проезда. Источник - www.npr.org

Отметим, что одновременно с изобретением Кардулло был зарегистрирован патент на открытие дверных замков с помощью пластиковой карточки. Здесь, опять-таки, использовалась радиочастотная идентификация: в карточку была «зашита» пассивная RFID-метка, а замок обладал активным приемопередатчиком. Как только приемник засекал карту, код допуска с нее считывался, и при совпадении кода с запрограммированным значением происходило открытие замка.

Коровы и ядерные материалы

Разумеется, правительства также участвовали в развитии RFID. Например, в начале 70-х государственная лаборатория в Лос-Аламосе получила задание сделать систему, следящую за перемещением материалов для атомных станций. В ответ ученые предложили комплекс из пассивных меток на автомобилях и активных считывателей на въезде в места хранения ядерных материалов. По сути, это был такой вариант радиопропуска, который сообщал не только идентификационный номер машины, но и имя водителя, и номер на его правах.

Еще одним проектом лаборатории Лос-Аламоса стала система идентификации коров по просьбе Департамента сельского хозяйства. Тут опять применялись пассивные метки, которые в специальной капсуле вшивались под кожу животным. Считывались метки ридерами, отражая модулированный сигнал по принципу обратного рассеивания. Любопытно, что подобная RFID-система используется для идентификации скота и по сей день, а вместо капсул под кожей теперь можно выбрать ушные метки, гибкие бирки и просто брелоки на ошейник.



Корова с ушной RFID-меткой. Источник - britishmeatindustry.org

Это интересно: несмотря на то, что в XX веке технологии радиочастотной идентификаций развивались довольно бурно, первый патент, в котором присутствовала аббревиатура RFID, был выдан только в 1983 году. Его обладателем стал Чарльз Уолтон, разработавший портативный RFID-считыватель. На самом деле, Уолтон создал ридер десятилетием раньше, и многие компании, частично усовершенствовав, уже успели им воспользоваться. Уолтон получил около десяти патентов на RFID-оборудование и RFID-системы.

Новая частота и бюрократия

Все RFID-системы, о которых мы говори выше, функционировали на низкой частоте — 125 кГц. Со временем, компании-производители радиочастотной техники перешли на более высокий диапазон частот, бывший тогда не занятым. В результате, RFID-метки и считыватели стали работать на частоте в 13,56 мГц. Сегодня эта частота используется для передачи сигналов в системах допуска, на бесконтактных банковских картах, в автосигнализациях.

Новый прорыв произошел в 90-х: ученые из IBM представили RFID систему, работающую на ультравысоких частотах — UHF. Новая частота сразу увеличила дальность действия транспондеров и считывателей. При этом, возросли скорость и точность передачи данных.

Распространение UHF-меток останавливало отсутствие единых стандартов. Кроме того, для многих RFID-система оставалась очень дорогим решением. Понадобились годы упорного труда по доработке и унификации меток, прежде чем получился готовый продукт. В связи с этим, в 1999 году создали специализированный Auto-ID центр при Массачусетском Технологическом Институте и, надо сказать, что продукт был буквально вывернут наизнанку.

Теперь, на каждую метку записывался уникальный электронный продуктовый код (Electronic Product Code, EPC), а вся информация о ней и промаркированным ею товаре находилась в онлайн-базе данных и «подтягивалась» при считывании транспондера. Наоборот, метки прежних эпох содержали большой блок памяти, который сообщал всю информацию о промаркированном объекте, но удорожал производство. Таким образом, после введения EPC, метки стали дешевле и позволить их могли уже многие компании.

Auto ID центр также предложил стандарты RFID Class 1 и Class 2, а после утверждения их Советом по универсальному штрих-коду (Uniform Code Council, UCC), закрылся. Тогда же была создана организация для продвижения EPC-меток — EPCglobal. В 2004 году ей удалось вывести стандарт транспондеров Class 1. Gen 2 на общемировое применение: такие транспондеры считываются на расстоянии более 10-м, по сотни штук за одно сканирование, причем, метки будут распознаны даже на скорости 250 км/ч.



Устройство современной RFID-метки

Сегодня, большинство RFID-меток относятся к Class 1. Gen 2. v2. Они широко применяются в логистике, в магазинах, на производстве. С их помощью выполняется учет товаров, основных средств, номенклатуры и даже целых зданий. Видов меток очень много: есть транспондеры с мощным корпусом, которые лучше всего работают на металлических поверхностях, есть рулонные метки на пластиковой и бумажной подложке, есть вшивные метки, которые не портятся при погружении в воду и при высоком давлении, а потому, находят применение в прачечных. Наконец, существуют транспондеры с защитой от попадания влаги и пыли, а также физического воздействия. Их используют для маркировки вагонов и грузовиков, малых архитектурных форм, на нефтяных и газовых производствах. Ну, и про метки для животных тоже забывать не стоит.

Для подробной консультации и заказа RFID-меток пишите в компанию InterID на info@interid.ru.

Подписывайтесь на наши новости в Telegram: https://t.me/idexpert

Читайте нас на VK: https://vk.com/idexpert_ru





Рейтинг статьи