Bague intelligente avec puce RFID intégrée

Clé de la maison, portefeuille, carte d’assurance maladie, carte-clé d’hôtel – une bague intelligente pourrait remplacer tout cela à l’avenir. Produit par un procédé d’impression 3D, l’anneau possède une puce RFID intégrée, inviolable, scellée et invisible. La technologie d’intégration de l’électronique lors de l’impression 3D peut bien sûr être utilisée pour d’autres applications également. L’anneau multifonctionnel a été développé par une équipe de recherche de l’Institut Fraunhofer pour la technologie de coulée, de composite et de traitement IGCV.

Maintenant, où est la clé de ma maison – aurais-je pu la laisser au bureau? Et lorsque nous voulons sortir notre portefeuille à la caisse du supermarché, nous constatons souvent qu’il est en quelque sorte fait place au fond du sac à provisions dans toute l’agitation. Un anneau intelligent pourrait bientôt mettre fin à de telles recherches effrénées: caché à l’intérieur de l’anneau se trouve une étiquette RFID capable de payer à la caisse, d’ouvrir la porte d’entrée intelligente, de faire office de carte d’assurance maladie lors d’un rendez-vous médical ou de remplacer le carte-clé dans un hôtel. Il pourrait également être possible de sauvegarder des données médicales telles que notre groupe sanguin ou des intolérances médicamenteuses sur cette puce: en cas d’accident, l’urgentiste aurait toutes les informations nécessaires à portée de main. Des chercheurs de Fraunhofer IGCV ont développé l’anneau intelligent dans le cadre du centre MULTIMATÉRIEL d’Augsbourg. Le projet de grande envergure, parrainé par le ministère bavarois de l’Économie, du Développement régional et de l’Énergie, est divisé en dix projets individuels, dont le projet KINEMATAM, qui a donné l’idée et le modèle de démonstration de la partie intelligente.

Impression 3D avec intégration automatisée de l’électronique

Plus important que l’anneau lui-même, cependant, sont le processus de fabrication et la capacité d’intégrer l’électronique pendant qu’un composant est produit – même à des endroits dans le composant qui seraient autrement inaccessibles. L’intérieur d’un anneau, par exemple. On peut faire référence à l’impression 3D au sens le plus large pour décrire un processus de production, mais dans le jargon technique, on l’appellerait «fabrication additive à base de lit de poudre». Le principe est le suivant: un faisceau laser est guidé sur un lit de poudre métallique fine. Au point où le spot laser de 80 micromètres touche la poudre, la poudre fond puis se solidifie pour former un matériau composite – le reste du métal, qui n’est pas exposé, conserve sa forme de poudre. L’anneau est construit couche par couche, avec une cavité laissée pour l’électronique. En cours de route, le processus est interrompu: un système de robot prend automatiquement un composant RFID dans un magasin et le place dans le logement avant que le processus d’impression ne se poursuive. Cette technologie de production contrôlable avec précision ouvre la porte à une multitude de possibilités pour réaliser des conceptions d’anneaux complètement individualisées. Et la puce est scellée par l’anneau, ce qui la rend inviolable.

L’impression 3D elle-même existe depuis longtemps. Le point focal principal du développement était l’expansion de l’unité de fusion de faisceau laser par le processus automatisé développé en interne qui place l’électronique. «La conversion de la technologie matérielle pour permettre l’intégration des composants électroniques pendant le processus de fabrication est unique», déclare Maximilian Binder, chercheur principal et directeur de groupe dans l’unité de fabrication additive de Fraunhofer IGCV. Le deuxième objectif du développement était de répondre à cette question: comment les signaux électromagnétiques de la puce RFID peuvent-ils être envoyés à travers le métal? Le métal, voyez-vous, est normalement un bouclier efficace contre les signaux. L’équipe de recherche a réalisé de nombreuses simulations et expériences et a trouvé une solution appropriée. «Nous utilisons une fréquence de 125 kilohertz: cela a une portée plus courte – ce qui est exactement ce que nous voulons ici – et est moins efficacement protégé par le métal», explique Binder. De plus, l’étiquette est apposée de telle manière que ses signaux ne doivent pénétrer qu’un millimètre de métal. La conception de la cavité et la façon dont l’électronique y est intégrée contribuent également à la propagation du signal puisque les parois peuvent réfléchir ou absorber les signaux. Un autre défi consistait à protéger l’électronique sensible des étiquettes RFID des températures élevées, atteignant plus de 1000 degrés Celsius, impliquées dans le processus de fabrication.

De nombreuses applications envisageables

La technologie peut être utilisée partout où la méthode conventionnelle d’intégration de l’électronique s’avère difficile. Les chercheurs travaillent actuellement, par exemple, sur une application dans le secteur des technologies de production: ils mettent en œuvre des capteurs dans les roues dentées, le but étant pour eux d’envoyer, en direct pendant le fonctionnement, des informations sur l’état de charge, les températures à différentes positions, et d’autres paramètres importants pour une unité d’évaluation d’une manière sans fil. Les dommages initiaux se produisent-ils déjà sur une dent? La vibration mesurée nous le dira. Les capteurs intégrés reçoivent l’énergie dont ils ont besoin via une antenne RFID imprimée à l’extérieur – les capteurs fonctionnent alors de manière passive, c’est-à-dire sans batterie ou autre alimentation séparée. Par conséquent, les capteurs intégrés pourront, à l’avenir, réaliser un potentiel de surveillance qui, autrement, n’aurait pas été possible en raison de la vitesse de rotation rapide des roues dentées.