Claire Swedberg
No que já foi um hangar de aviões pós-Segunda Guerra Mundial no campus da California Polytechnic State University (Cal Poly), os alunos estão testando um sistema de transporte simulado equipado com uma variedade de sensores e lógica integrada para identificar objetos, detectar como eles se movem e ajustar suas configurações de acordo. No espaço aéreo do Experimental Flight Range nas proximidades, os drones estão manobrando em torno de rotas pré-calculadas, lendo objetos marcados por RFID abaixo. E no campo da Cal Poly Animal Sciences, o gado está ganhando confiança com esses robôs voadores aéreos que identificam cada bovino à distância – o que é um progresso, já que o gado normalmente não se importa com equipamentos desconhecidos e zumbidos pairando acima deles.
No geral, várias dezenas de estudantes estão testando inovações para problemas do mundo real, todos sob a liderança do professor de engenharia da Cal Poly, Tali Freed. O trabalho em andamento faz parte do PolyGAIT Center for Global Automatic Identification Technologies da universidade, que Freed fundou e dirige. Ao contrário de muitas instalações de pesquisa universitária, a PolyGAIT se concentra em fornecer soluções especificamente para empresas que têm problemas para resolver.
Nas últimas duas décadas, a PolyGAIT forneceu uma equipe de estudantes e pesquisadores do corpo docente que exploram e inovam novas maneiras de aproveitar os benefícios da tecnologia RFID. Desde que a PolyGAIT abriu suas portas em 2003, Freed nunca deixou de ser uma evangelista para a educação de seus alunos e para a indústria de RFID. Ela acredita que ambos terão um impacto no mundo, agora e no futuro.
Freed se formou com um Ph.D. de Berkeley em 1995, com interesse em projetar soluções para problemas do mundo real, bem como as atividades acadêmicas e a educação que as universidades oferecem. Nos primeiros dias de sua carreira, ela diz: “Eu sempre alternava entre a academia e a indústria, e a única razão pela qual não mudei nos últimos 21 anos é que minha universidade permite e incentiva tanto trabalho na indústria .” Na verdade, o centro que ela fundou está entre os poucos em todo o mundo que fornecem soluções RFID prontas para a indústria por meio de desenvolvimento e testes internos. Freed gosta da sensação de que o trabalho no laboratório leva a soluções do mundo real.
Atualmente, Freed está entre os principais pesquisadores e inovadores de RFID do mundo, enquanto há 19 anos ela estava apenas estudando uma tecnologia então nova. Ela ouviu falar pela primeira vez sobre RFID e como poderia ser usado em 2003, quando o Walmart emitiu seu mandato inicial para que os fornecedores etiquetassem os produtos para que pudessem ser identificados automaticamente à medida que fossem recebidos, armazenados ou vendidos. Em julho daquele ano, Susan Opava, então reitora de pesquisa da universidade, convidou pesquisadores da Cal Poly para se reunirem com dois ex-alunos e fornecedores do Walmart da Califórnia, que buscaram ajuda na implantação de RFID para cumprir esse mandato. Interessada em saber mais, ela participou de uma reunião do MIT Auto-ID Lab em janeiro de 2004.
Lá, Freed conheceu Mark Roberti, fundador e ex-editor do RFID Journal, bem como Kevin Ashton e o professor do MIT Sanjay Sarma, os cofundadores do Auto-ID Center. (Ashton é frequentemente creditado por cunhar a frase “Internet das Coisas” em 1999, embora o termo tenha sido usado pela primeira vez por Peter T. Lewis em 1985.) Freed refere-se a Ashton e Sarma como profetas RFID que, junto com Roberti, Daniel Dobkin, Todd Humes, Stephen Lockhart, Daniel Engels, Bruce Roesner e outros têm se dedicado ao crescimento da tecnologia. Ela lançou o PolyGAIT para fornecer um local onde as empresas pudessem obter suporte no projeto e teste de novos sistemas RFID.
A universidade forneceu a Freed o hangar de aviões de 1947, que originalmente havia sido usado por um aeroporto ativo no campus. O hangar estava desocupado há muito tempo, e Freed lembra que era “um prédio antigo cheio de lixo e teias de aranha”, que exigia uma reforma completa como laboratório de testes. Ela aprecia a sincronicidade de que, com os drones desenvolvidos sob seu teto, a instalação continua a apoiar aeronaves 70 anos depois.
Durante os primeiros dias de pesquisa, muitos especialistas em RFID e automação visitaram o novo laboratório e forneceram feedback, com o trabalho de design dos alunos já em andamento. A doação de sistemas de transporte pela FloStor, juntamente com o projeto e instalação de John Voris e George Ferrell, expandiu as capacidades do laboratório. Uma câmara anecóica e uma gaiola de Faraday foram construídas pelo colega de Freed, o professor de engenharia elétrica da Cal Poly, Dean Arakaki.
Um dos primeiros projetos foi o design do que se tornou o primeiro gabinete médico habilitado para RFID UHF, para uso em ambientes domésticos. A equipe testou leitores e etiquetas prontos para uso para determinar a melhor configuração para uso em seringas e frascos de remédios. Eles colocaram um leitor em uma estrutura de armário com rodas, então ligaram informações de identificação pessoal para o proprietário do armário e começaram a ler as etiquetas dos produtos que o indivíduo seria prescrito para autoadministração. O resultado desse trabalho ainda está em uso comercial.
Embora o primeiro dispositivo fosse um gabinete médico pessoal que os pacientes pudessem usar em casa para garantir que nunca confundissem os medicamentos e que seguissem um regime de tratamento prescrito, ele evoluiu para o rastreamento de drogas injetáveis de alto valor para tratamentos de câncer ou HIV em clínicas . “Essa aplicação não foi fácil na época”, lembra Freed. “A paisagem de tags existentes era muito mínima.”
O laboratório também patenteou uma solução projetada para gerenciar recipientes de plástico reutilizáveis (RPCs) para que a indústria de produção e seu fornecedor de RPC pudessem rastrear recipientes de alto valor à medida que os produtos se movimentavam pela cadeia de suprimentos. Esses contêineres são alugados para os locais dos produtores, onde são carregados com alface, brócolis ou outros produtos, e são enviados para as lojas e colocados nas prateleiras até serem esvaziados. Os contêineres são então enviados para a instalação de limpeza do proprietário do RPC antes de serem devolvidos ao produtor para serem recarregados com produtos frescos.
Ao permitir o gerenciamento automatizado desses contêineres, a tecnologia reduz o custo de contêineres perdidos e permite que as empresas visualizem e melhorem a eficiência de sua cadeia de suprimentos. A PolyGAIT desenvolveu processos circulares semelhantes para recipientes reutilizáveis de outros tipos, como barris de cerveja de metal e caixas de produtos químicos.
Outra solução enraizada na pesquisa da PolyGAIT é um sistema de gerenciamento de ativos que detecta equipamentos de escritório e técnicos atrás de portas fechadas ou em áreas de difícil acesso. Tradicionalmente, as empresas e organizações devem empregar trabalhadores para andar pelas instalações, escaneando códigos de barras ou lendo visualmente os números de série de impressoras, computadores, ferramentas e outros equipamentos. “Nós demonstramos que se você colocar RFID nesses ativos”, diz Freed, “então você pode digitalizá-los andando por um corredor ou sala”, equipado com um leitor RFID em uma mochila ou em um carrinho.
Dessa forma, explica ela, o leitor interrogará as tags dessa distância relativa e os usuários verão os ativos sem precisar entrar em todos os escritórios. A universidade colocou a solução para funcionar em seus próprios prédios, e a tecnologia conseguiu localizar itens perdidos, como um aspirador de pó industrial que estava escondido no forro de um porão. Encontrar fisicamente esse vácuo exigiria curvar-se sob os canos de água e gás e correr para o local onde estava armazenado. Até a implantação do sistema RFID, o equipamento de alto valor estava faltando.
A PolyGAIT também ajudou empresas grandes e pequenas a desenvolver e implementar sistemas RFID para gerenciamento de estoque. A usina nuclear vizinha Pacific Gas and Electric (PG&E) Diablo Canyon, localizada em Avila Beach, foi a primeira usina desse tipo a marcar seu inventário de movimento lento com RFID UHF, o que permitiu contagens frequentes de ciclos de inventário sem mão de obra.
Nos últimos seis anos, a PolyGAIT tem levado RFID para o ar com drones que capturam leituras de etiquetas em pátios de armazenamento, lotes de veículos e, mais recentemente, pastagens de gado. Freed publicou um artigo definindo o roteamento ideal de drones para garantir que eles possam cobrir com mais eficiência uma área de leitura de RFID, a fim de minimizar o tempo de um drone no ar e, portanto, o consumo de bateria. Ela também trabalhou com uma empresa que importava veículos novos e precisava rastrear os números de identificação de milhares deles no porto. A RFID substituiria o processo demorado de funcionários indo fisicamente a cada veículo e escaneando códigos de barras ou examinando números de identificação de veículos.
Para um caso de uso desafiador, uma empresa de veículos descobriu que não conseguia ler corretamente as etiquetas RFID UHF passivas anexadas às janelas do veículo, mesmo a uma distância relativamente curta. “Fizemos algumas pesquisas e descobrimos que as etiquetas RFID podem parar de ler à luz do sol”, diz Freed, já que um certo espectro de luz solar pode afetar o desempenho do chip. O problema foi corrigido fornecendo sombreamento sobre as tags.
No futuro, a Freed está interessada nas muitas aplicações que exigem múltiplas tecnologias para fornecer soluções mais complexas do que as soluções de gerenciamento de estoque dos primeiros dias da RFID. O sistema de transporte inteligente em uso no laboratório é um exemplo, pois combina etiquetas RFID UHF em caixas de papelão e outros tipos de contêineres que viajam (e são registrados) nas esteiras e roletes móveis, além de uma localização em tempo real sistema que identifica o trabalho em processo de alto valor movendo-se através de uma linha de fabricação.
O sistema também emprega sensores infravermelhos que identificam quando os objetos passam pela esteira e por portais. Computadores lógicos programáveis aceleram ou diminuem a velocidade do transportador com base na presença de objetos e leituras de tags RFID, enquanto sensores de pressão e temperatura monitoram seu status.
Outro novo projeto em andamento combina tecnologia de visão, sensores de monitoramento de veículos, GPS e RFID para detectar se estão carregados grandes veículos de movimentação de materiais em portos ou locais industriais, se estão ou não em movimento e para onde estão indo. Com vários sensores no equipamento e com etiquetas RFID nas mercadorias transportadas por esses veículos, o sistema identifica cada ação que está sendo realizada, juntamente com quais mercadorias estão sendo movimentadas. Com esse nível de visibilidade, Freed diz: “Você pode analisar a eficiência dos processos e as taxas de tempo ocioso e de quantos funcionários você realmente precisa”.
Cada novo projeto no PolyGAIT começa com a questão das aplicações potenciais, diz Freed, acrescentando que ela prefere a pesquisa aplicada a estudos conduzidos simplesmente por causa da pesquisa. Como ela explica: “Sempre começa com ‘Qual é o retorno do investimento?’, ‘Qual é a justificativa?’ ou ‘Qual é a ineficiência que podemos resolver usando a tecnologia?'” O gado é um dos focos do centro, que está construindo soluções em torno da identificação de animais individuais à medida que se movem pelos pastos ou pelos currais.
Nos primeiros dias do mandato do centro, os pesquisadores construíram uma solução em torno das leituras de etiquetas LF RFID em touros. À medida que os animais eram vendidos em leilão, seus brincos LF eram lidos individualmente e, em seguida, os dados relacionados a cada touro eram exibidos em uma tela para os compradores, para que eles não precisassem folhear a papelada para saber detalhes sobre o tamanho, saúde ou histórico do gado. . Mais recentemente, os drones foram usados para interrogar as etiquetas RFID UHF em coleiras de gado a uma distância relativa em pastagens, e as leituras das etiquetas foram combinadas com a localização GPS do drone. Os detalhes deste projeto foram apresentados este ano no RFID Journal LIVE! 2022 pela então graduanda Sabrina.
Ao longo de suas duas décadas de operação, o centro conta com centenas de alunos da Cal Poly de várias disciplinas. Normalmente, 25 a 30 alunos participam, incluindo futuros engenheiros, artistas ou comunicadores gráficos, biólogos e químicos. “É um trabalho fascinante”, afirma Freed, “e é tão multidimensional”. Ela acrescenta que muitos dos pesquisadores do centro passaram a trabalhar em empresas como Raytheon, Lockheed Martin, Boeing, Cisco e Tesla, enquanto vários estão desenvolvendo RFID e outras tecnologias sem fio.
“Acho que o que sempre amei no RFID”, diz Freed, “é o que eu vi lá no início [em 2003], ainda estou vendo agora: uma grande variedade de aplicações, economia de tempo e dinheiro, e a facilidade de uso que ele pode oferecer.” A tecnologia agora inclui outras frequências, tags passivas e ativas, Bluetooth Low Energy, LoRa e uma variedade de sistemas baseados em celular. “O RFID faz parte de um enorme conjunto de tecnologias que continua ampliando e capacitando indústrias produtivas.”