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行動機器人結合 RFID 無線傳輸,在戶外也能物聯網

文/李允誠 | 台灣數位文化協會

機器人的發明,為人類帶來了許多便利,甚至能代替人力進行許多工作,像是應用最廣的工業用機器人,可以快速、準確的製造產品,但這類機器人通常是固定底座而無法移動。為了能讓機器人應用於更廣大的層面,可四處行走、甚至飛行的行動機器人誕生了

無人機

無人車或無人機在戶外感測必須突破傳輸距離的限制。(圖片來源:IEEE Spectrum)

機器人仍有距離限制

行動機器人透過自身的遙測系統展現了多種能力,藉由它們身上的攝影機、雷達、超聲波、空載光達(LIDAR)等感測器,行動機器人得以探索或是測量周圍環境。然而有許多的情況仍然需要感測設備「直接」和實體物件接觸,這點其實是非常困難且耗時的。

舉例來說,如果我們想在水資源匱乏的環境種植作物,並且希望請行動機器人偵測土壤中的濕氣程度,好確保不會灑下過度或過少的水量,進行最有效率的種植。但若遇到顛頗地形,行動機器人的適應力可能不如人們的雙腳,於是又必須在土壤中佈放好幾個感測器,先偵測濕氣程度,再佈置無線環境,整套機制跑下來其實成本相當不斐,主因在於,佈置無線環境需要大量電力。

新傳輸技術帶來新轉機

RFID(射頻識別)的出現替這個瓶頸帶來了些轉機,因為 RFID 感測器不但便宜,且不需要電力。arXiv 近日的一篇研究提出把距離的高頻 RFID 接收器和行動機器人結合的解決方案。關鍵在於當訊息從土壤中感測器上的 RFID 標籤、傳輸到行動機器人身上的 RFID 接收器,這其中過程被大幅簡化,再也不必建置昂貴的無線環境與設備。只要機器人到達感測器所在區域,便能接收所在區域的 RFID 標籤,不但省了人力,也省了建置無線環境的成本。

研究人員 Jennifer Wang、Erik Schluntz、Brain Otis 和 Travis Deyle 展示了這些行動機器人的能耐:能夠快速移動且迅速讀取區域內的所有 RFID 標籤。相較人工或傳統機器人感測,透過行動機器人進行 RFID 讀取資訊快得多了。

以下影片為RFID簡介:

成本便宜體積小

RFID 標籤由晶片與天線組成。大多數的 RFID 標籤不需要電力供給,它們會在識別過程中透過 RFID 接收器發出的電磁場獲得能量,把數據從標籤上傳送出去。

在大規模生產的情況下,RFID 標籤一個成本不到 0.1 美元,而且還可以無限期運作。相較於其他以藍芽等無線技術為基礎的方式,RFID 建置成本相對便宜,體積也較小,重要的是能夠長期運作。而一套感測系統大約只需 1 美元而已。

當你手上握有了一大堆的 RFID 感測器,該怎麼讓它們運作?在希望獲取資訊的區域,插入結合 RFID 標籤的感測器,一旦佈置完成,只需將個別感測器的 GPS 座標位置記錄下來就好。若要啟動資料蒐集,只要開啟行動機器人(可能是無人機或是遙控車),並在欲偵測的感測器座標範圍上方盤旋,利用行動機器人身上的 RFID 接收器蒐集資料整個範圍內的資訊就到手了。

除了感測標籤外,行動機器人也能用於佈置 RFID 標籤,如此一來連佈置 RFID 標籤的人力都省了,加上這些標籤也不需要基礎設備支持(電池、Wifi 等),人們可以將這些標籤貼任何需要的地方。

技術有了,但離廣泛使用還有段距離

這項技術雖然突破了其他無線傳輸方式的瓶頸,不過也還有頗多自身困難需要克服。例如 RFID 標籤和接受器的距離無法相距過遠,如此一來, GPS 定位系統就必須更準確。無人車在 GPS 自動導航的情況下,能夠蒐集區域內三分之二的標籤資訊;而無人機的表現則沒有無人車來得優異,也無法在沒有人為操控的情況下自行採集資訊。

研究團隊指出,透過 RFID 技術的進步,充電與感測範圍的問題都是能夠被解決的。事實上, RFID 標籤技術早已被使用於部分國家的高速公路,作為收費的一種方式(如台灣的eTag),在不超過速限十英里的的情況下,每台車都能被準確地偵測到。

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許多國內外道路皆取消收費站,改用較為快速的etag。source:wiki

既然無人機與無人車兩種行動機器人都已經能以手動遙控的方式,透過高頻 RFID 接受資料,剩下的問題就只是如何讓整套系統能更實用、提升可行性,以及導航準確度的提升。藉由便宜的晶片、標籤、可擴展性、免基礎設施,這些條件將是物聯網成真的開端。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧

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