Koen Vervloesem
8 March 2006

Begin februari organiseerde de Koninklijke Vlaamse Ingenieursvereniging samen met het innovatienetwerk Leuven.inc een forum-avond over RFID. Drie experts spraken in het Arenberg-kasteel over hun visie op de draadloze identificatietechnologie. Dit gaf een mooie kijk op de stand van zaken: de implementatiemoeilijkheden, de grenzeloze toepassingen en de privacyrisico‘s.

RFID lijkt de laatste tijd letterlijk en figuurlijk alomtegenwoordig. Iedereen spreekt erover en iedereen komt het tegen. Het is dan ook een breed begrip: alles wat voor draadloze (RF) identificatie (ID) zorgt, valt onder de noemer RFID. De draadloze etiketten vinden hun toepassing op containers in havens, bij duivenmelkers en in toegangscontrolebadges. De studenten en het personeel van de KU Leuven hebben allemaal een kaart met een RFID-tag op, die als toegangsbewijs voor de bibliotheek en parkings dient. Steeds meer voorwerpen hebben informatieverwerkingscapaciteiten en zorgen zo voor de lang aangekondigde slimme omgeving. Volgens analisten zeggen onze kleren binnenkort door middel van een RFID-tag tegen de wasmachine hoe ze gewassen moeten worden. En winkels hoeven geen kassiers meer te hebben: een intelligent winkelkarretje registreert automatisch de prijs van de producten die je uit de winkelrekken neemt.

Zover zijn we echter nog niet en de reden is eenvoudig. Het is nog te duur om overal RFID in te schakelen. Vandaag bestaat een RFID-tag, of smart label, uit twee onderdelen: een transponderchip van ongeveer een vierkante millimeter en een inductiespoel. Beide moeten apart worden gefabriceerd. De Imec-afdeling Next (Nanoengineered Component Science and Technology) werkt aan een nieuw fabricageproces voor RFID-tags. Hierbij drukken de Leuvenaren antenne en chip samen op één kunststof substraat. Niet met standaard lithografie, maar met printers. Volgens Paul Heremans, hoofd van Next, is het principe heel eenvoudig: ’We drukken de chip met drie inkten: geleidend, isolerend en halfgeleidend. Zo kunnen we in principe alle logica in kunststof implementeren.‘ De kosten van chipfabricage zitten vandaag nog in de antenne, de chip en het plaatsen van de chip op de antenne. ’Met het nieuwe plastic-RFID-procedé kan dat allemaal in één keer‘, aldus Heremans, ’wat de kost ook zal drukken.‘

0638141536000
Een flexibel substraat met pentaceenchips van Imec.

Boekdrukkunst

Er zijn nog een aantal belangrijke uitdagingen aan het nieuwe ontwerpproces. Ten eerste een conceptuele. ’Een elektronicus is geen drukker‘, vat Heremans het samen. ’De ommezwaai waar we als ontwerpers van RFID-tags voor staan, is geen triviale zaak. In de denkwereld van de elektronicus staat de waferbatch centraal. Hij werkt met toestellen van tientallen, honderden miljoenen euro die een precisie van zo‘n 65 nanometer hebben. Contact moet absoluut worden vermeden, en daar dient die stofvrije ruimte dan ook voor. De elektronicus streeft naar steeds grotere wafers en steeds fijnere lithografie. Vergelijk dat nu eens met de werkomgeving van de drukker. Hij bedrukt zijn vel papier continu en moet vooral snel werken. Hij controleert de kwaliteit van zijn product visueel en houdt het gewoon vast. De rol en het substraat maken ook gewoon contact. Hij streeft naar bredere en snellere vellen papier. In wezen werkt de hedendaagse drukker nog met hetzelfde procedé als de vijftiende-eeuwse uitvinder van de boekdrukkunst Johannes Gutenberg. Deze twee werelden verenigen is een grote uitdaging.‘

De tweede hindernis is meer praktisch. Heremans: ’De halfgeleiders die zich lenen voor druktechnologie hebben een lage performance vergeleken met silicium. De mobiliteit van hun ladingsdragers is kleiner dan een duizendste van de mobiliteit in silicium. Dit is een harde grens die ons voor een fundamentele beperking stelt.‘ Een Pentium hoeven we dus niet te verwachten op een kunststof chip, maar toepassingen die minder snelle logica vereisen, zoals een RFID-tag, zijn perfect mogelijk.

 advertorial 

8-bit Microcontrollers Still Anchor the Majority of Embedded Designs Today

They are tiny, but vitally important. The market for 8-bit microcontrollers continues to grow strongly as a key part of the drive to digitalisation, highlighted by the current chip shortages. Read more about Microchip’s 8-bit devices.

Een derde uitdaging hangt hiermee samen. ’Sommige onderzoekers proberen nu de lage mobiliteit in organische elektronica te omzeilen met hoge spanningen, maar dat is de verkeerde weg‘, stelt Heremans. ’Je wil geen 100 V op een RFID-tag op een bloemkool hebben. Binnen Imec hebben we nu al 2 V organische elektronica, wel nog met een lithografisch procedé. Het is slechts een kwestie van tijd voor we dit met het drukproces kunnen. We verbeteren in ons onderzoek stelselmatig de prestaties.‘

Veldhospitalen

’RFID is niet nieuw‘, zegt Stefaan Motte, softwarearchitect bij Philips Applied Technologies in Leuven. ’Sinds 1948 al worden technologieën onderzocht om draadloos informatie uit te wisselen. In de Tweede Wereldoorlog gebruikten grondtroepen al RFID om vliegtuigen van het eigen kamp te onderscheiden van die van de vijand. En tegenwoordig komen we RFID al op veel plaatsen tegen. Als ik na mijn werkdag de deuren bij Philips sluit, registreert het bedrijf met behulp van een RFID-tag dat ik de werkruimte verlaat. Ook mijn autosleutel heeft een RFID-tag, zodat niemand mijn auto kan starten met een nagemaakte sleutel. Het containerpark van de gemeente waarin ik woon, werkt met RFID-tags om te controleren of ik wel mijn afval daar mag deponeren. Als ik inkopen ga doen in een winkel, zijn de producten daar tegen diefstal beschermd met een RFID-tag. En als ik ga skiën, merk ik dat de skipassen zelfs met een draadloos etiket zijn uitgerust.‘

Het enige dat al deze systemen gemeenschappelijk hebben, is dat ze draadloos werken en dat ze informatie uitwisselen. ’Verschillende RFID-systemen zijn niet noodzakelijk compatibel‘, aldus Motte. ’Er is heel veel variatie in zowel de RF- als de ID-kant. Er zijn heel wat verschillende frequentiebanden en protocollen in omloop. Ook zijn er verschillende specificaties voor welke informatie er juist wordt verstuurd en hoe die beveiligd is.‘

Motte ziet RFID vooral doorbreken in twee markten: de medische wereld en de verkoop. Motte: ’In Iraakse veldhospitalen maakte het Amerikaanse leger al volop gebruik van RFID-tags. Een gewonde soldaat kreeg bij het binnenkomen onmiddellijk een smart label. Elke handeling van een dokter werd daarop geregistreerd. Dit systeem hebben de Amerikanen ingevoerd om fouten te verminderen in chaotische situaties waar de arts elk moment kan worden weggeroepen.‘

RFID-tags zijn volgens Motte echter niet alleen nuttig in extreme oorlogssituaties. ’Voor blinde patiënten kunnen intelligente draadloze etiketten heel voordelig zijn. Een blinde die verschillende medicijnen moet innemen, heeft al vlug een fout gemaakt. Als je de medicijnen met een RFID-tag uitrust en de patiënt een leestoestel geeft dat auditief kan uitleggen welk medicijn het registreert en wat de dosering is, dan kan dit ook heel wat fouten verminderen.‘ Hetzelfde systeem is volgens Motte ook geschikt om de echtheid van medicijnen te controleren.

Ook in de verkoop, en dan vooral in het logistieke deel ervan, heeft RFID heel wat toepassingen. Wal-Mart gebruikt bijvoorbeeld sinds 2003 RFID-tags om het pad van een product bij te houden. ’De Metro-groep in Duitsland gaat nog verder‘, vertelt Motte. ’Zij experimenteren met zogenaamde smart shelves. Elk product heeft een RFID-tag en elk winkelrek heeft een RFID-lezer. Een rek kan dan nagaan of het bijna leeg is, of er een nieuwe bestelling nodig is, of een product vervallen is of bijna vervallen en dus in de aanbieding moet, en het kan zelfs signaleren als een klant een product verkeerd heeft teruggezet.‘

Dat kan nog een stapje verder. Zo kan de winkel het gedrag van klanten volgen: registreren dat een klant een product van de rekken neemt, twijfelt en een ander artikel neemt. Deze informatie is interessant voor marktonderzoek. Ook kan de winkel op het moment zelf reageren met een advertentie op een scherm. ’Dit soort toepassingen geeft RFID natuurlijk een slechte naam‘, aldus Motte, ’terwijl de meeste toepassingen niet zo in de privacy van mensen ingrijpen.‘

Big brother

’Elke technologie grijpt in de privacy van mensen in‘, beweert Bart Preneel van de afdeling Computer Security and Industrial Cryptography (Cosic) van de Leuvense ingenieursfaculteit. ’Dat geldt voor biometrie, mobieltjes, XML, zoekmachines, en ook voor RFID. De mensen liggen er wel wakker van. Zoek maar eens in Google op de term ’RFID‘. Meer dan de helft van de resultaten bevat het woord ’privacy‘.‘

’Als iedereen een RFID-tag kan uitlezen, zitten we natuurlijk met een privacyprobleem. Om privacy te garanderen, moeten we er daarom voor zorgen dat alleen toepassingen die er recht op hebben, een tag kunnen identificeren‘, aldus Preneel. Dit is mogelijk met cryptografische technieken, maar dat heeft natuurlijk zijn prijs. ’RFID-tags zijn beperkt qua vermogen en ze mogen ook niet te duur zijn in productie. Een symmetrisch encryptiealgoritme kunnen we in vierduizend logische poorten implementeren, terwijl we voor een publieke-sleutelalgoritme toch zo‘n 24 duizend poorten nodig hebben. Op kunststof RFID-tags is dit laatste nog niet mogelijk.‘ Voor Preneel is het privacyprobleem van RFID dan ook even eenvoudig als bij andere technologieën: ’Het grote probleem van privacy is altijd kost.‘