Claire Swedberg
Um casamento da ciência dos materiais e da tecnologia RFID levou a uma inovação na detecção passiva de temperatura da CleanTech & Beyond. A startup de tecnologia tailandesa começou a testar um novo produto conhecido como Indicador de Temperatura Digital (DTI), um dispositivo de detecção de temperatura sem bateria que identifica e transmite excursões de temperatura via RFID de frequência ultra-alta (UHF) ou Near Field Communication (NFC).
Enquanto o produto está sendo testado na Tailândia para fornecer dados de temperatura sobre produtos farmacêuticos para os consumidores, a CleanTech & Beyond diz que planeja levar a tecnologia globalmente. A empresa está atualmente conversando com várias empresas de embalagens inteligentes na Ásia, Europa e América do Norte, e está buscando parcerias com empresas de RFID para construir etiquetas em volume. A empresa é uma joint venture da Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology (VISTEC) e operador petroquímico do sudeste asiático IRPC Public Co. Ltd.
A tecnologia é resultado de quatro anos de engenharia dos fundadores da CleanTech, especializados em ciência de materiais avançados, bem como RFID. Consiste em materiais termo-responsivos embutidos em etiquetas passivas NFC ou RFID UHF, de acordo com Apiwat Thongprasert, fundador e CEO interino da CleanTech. Thongprasert tem duas décadas de experiência com tecnologia RFID, durante as quais liderou vários negócios, incluindo Silicon Craft, que fabrica leitores NFC e microchips para identificação de animais.
Nos últimos anos, a Thongprasert vem explorando maneiras pelas quais os desenvolvedores poderiam estender a pegada do RFID integrando a tecnologia em dispositivos sensores ou outros produtos. Ele começou a trabalhar com pesquisadores da VISTEC em Wangchan (província de Rayong) para construir um novo produto. “Gostei do conceito de RFID ser uma tecnologia passiva que não requer bateria”, afirma.
Existem várias tecnologias projetadas para detectar mudanças de temperatura em produtos sensíveis, diz Thongprasert, cada uma empregando uma abordagem diferente. Alguns sistemas de detecção de sensor de temperatura consistem em simples etiquetas de status impressas que mudam de cor se um nível de temperatura for excedido, para fins de alerta visual. No entanto, observa ele, esses sistemas são mais difíceis de rastrear quando os rótulos das embalagens estão se movendo em alto volume e não oferecem nenhuma maneira para os usuários criarem um registro digital dos dados do sensor.
Os registradores de dados ativos, por outro lado, podem capturar mudanças de temperatura, embora exijam uma bateria para medir e armazenar essas informações. Como alternativa, os sistemas RFID passivos, como o oferecido pela Axzon, fornecem leituras do sensor em tempo real sem a necessidade de uma bateria. A etiqueta aproveita a energia do interrogador RFID UHF para transmitir as leituras de temperatura existentes.
Esse sistema, no entanto, não rastreia as temperaturas históricas ao longo da vida útil de um produto, nem durante o trânsito entre a produção e a loja. O DTI da CleanTech oferece uma abordagem diferente, explica Thongprasert. “Nossa solução é bastante simples”, diz ele. “Combinamos a tecnologia RFID passiva com um indicador de temperatura”, que pode registrar quaisquer incursões que possam ter ocorrido em qualquer ponto durante o uso de uma etiqueta, tornando a gravação irreversível.
Um sensor baseado em material termo-responsivo foi desenvolvido sob a liderança de Pichaya Pattanasattayavong, professor assistente da VISTEC que é CTO interino da CleanTech. Sua equipe criou um material que responde às mudanças de temperatura. Para realizar a conexão RFID ou NFC, a equipe aproveitou uma tecnologia existente da NXP Semiconductors em chips de tag UHF, bem como da Silicon Craft para chips NFC. Esses chips vêm com capacidade de detecção de adulteração, com uma função de entrada-saída que permite que a resposta do chip seja alterada se uma etiqueta for adulterada.
A propriedade elétrica do material do sensor CleanTech muda quando a temperatura excede um limite especificado. Essa mudança na propriedade elétrica pode ser lida pela função de detecção de adulteração dos chips NFC, e a faixa de detecção varia de chip para chip. Para o sensor CleanTech, a resistência elétrica muda de mais de aproximadamente 100 megaohms para menos de 10 kiloohms, o que é cerca de quatro ordens de magnitude, ou 10.000 vezes. O sensor pode ser aplicado diretamente a qualquer chip com faixas de detecção entre esses limites.
A CleanTech personaliza ainda mais a mudança de resistência, a fim de corresponder às especificações do chip. Vários pontos de limiar estão agora disponíveis entre 30 graus e 60 graus Celsius (86 graus e 140 graus Fahrenheit). O desafio de desenvolvimento foi centrado menos na detecção de temperatura, acrescenta ele, do que em tornar essa leitura irreversível. “Queríamos que fosse de uma maneira, basicamente”, afirma. “Quando é aquecido, a resistividade elétrica muda e, quando esfria novamente, não muda de volta.”
O sensor vem com memória incorporada para armazenar o perfil histórico de temperatura. Essa memória não pode ser alterada por meio de um leitor RFID ou de um telefone habilitado para NFC. Os pesquisadores passaram vários anos desenvolvendo esse recurso e registraram uma patente sobre a tecnologia resultante. O material também oferece dupla funcionalidade na forma de uma resposta visual. Se um nível de temperatura exceder um limite, um círculo colorido na etiqueta muda de cor. A detecção de temperatura é mais ou menos um grau.
A tecnologia pode ser usada para rastrear variações de temperatura de produtos elétricos, relatórios CleanTech, bem como para embalagens inteligentes para produtos farmacêuticos, cosméticos ou outros produtos que exijam controle de temperatura. Para uso em logística, as empresas podem ler as etiquetas por meio de leitores RFID UHF para visualizar, antes de enviar um medicamento ou outro produto, se sua temperatura atingiu uma temperatura inaceitável. O benefício é que ele permite que os usuários detectem problemas antes que os produtos possam ser enviados, poupando-os de ter que comprar ou manusear mercadorias comprometidas.
Se os produtos fossem anexados à embalagem ou embutidos, as etiquetas poderiam ser lidas em volume usando um leitor portátil ou um portal. Dessa forma, os usuários podem visualizar um alerta de que um produto aqueceu demais, permitindo interromper o movimento de uma determinada carga de paletes de mercadorias, bem como localizar os produtos específicos, impedindo-os de ir mais longe. Como o sistema é irreversível, os usuários podem ter certeza de que ninguém tentou alterar os resultados.
No que diz respeito ao NFC, as tags seriam direcionadas ao consumidor, que poderia usar um aplicativo em seus telefones para visualizar as condições às quais um determinado produto estava exposto antes de comprar aquele item em uma loja. Como o material fornece um indicador visual de cor, aqueles que não têm acesso ao leitor ainda podem ser alertados sobre mudanças de temperatura. “Mas se você quiser conectar os resultados com dados digitais”, explica Thongprasert, “a tecnologia NFC ou RFID permite que esses registros sejam capturados e compartilhados”.
A primeira versão da tecnologia pode detectar temperaturas entre 30 e 60 graus Celsius. Durante os próximos dois anos, a empresa espera oferecer gerenciamento de temperatura tão baixo quanto 10 graus Celsius (50 graus Fahrenheit) para o gerenciamento da cadeia de frio de produtos, como produtos frescos. O sistema pode ser personalizado para detectar uma variação de temperatura apenas se for sustentada – por exemplo, se a temperatura subir acima de 35 graus (95 graus Fahrenheit), desde que dure apenas 15 minutos. Esse recurso exigiria a adição de um mecanismo no sensor para retardar a mudança física do material responsivo à temperatura, observa a empresa.
Enquanto um piloto usando a versão NFC da tecnologia está sendo lançado na Tailândia, a empresa está conversando com parceiros para realizar projetos semelhantes em outros lugares da Ásia, bem como na Europa e nos Estados Unidos. “Esperamos ter um produto totalmente lançado no próximo ano”, prevê Thongprasert. Além das versões NFC e UHF, a empresa pretende oferecer uma etiqueta híbrida incorporando detecção de temperatura com chips para transmissões NFC e UHF. Dessa forma, explica ele, as empresas de logística poderiam rastrear um grande número de mercadorias dentro de um armazém ou em toda a cadeia de suprimentos.
Quando os produtos marcados chegam a uma loja (uma farmácia, por exemplo), os clientes podem usar smartphones para interrogar os mesmos rótulos e confirmar que as temperaturas permaneceram em um nível seguro durante todo o trânsito e armazenamento. “Se você usa apenas NFC e RFID, sabe que na verdade tem dois usuários e aplicativos diferentes”, diz Thongprasert, acrescentando que UHF é para logística, enquanto NFC é para clientes. “Com um rótulo híbrido, podemos combinar dois conceitos em um produto.”
A CleanTech & Beyond pretende se unir a um parceiro RFID, empresa de embalagens inteligentes ou integrador de sistemas para incorporar a detecção de temperatura em rótulos ou embalagens inteligentes. A empresa está agora em discussões com empresas de embalagens farmacêuticas na América do Norte e na Europa. O novo produto representa um tipo de inovação, diz Thongprasert, possibilitada pela cooperação intersetorial. “Isso é empolgante para mim”, afirma ele, “porque venho de uma formação em RFID e, se pudermos integrar RFID com tecnologias de materiais avançados, se começarmos a trabalhar com pessoas de outro campo, podemos criar uma inovação muito exclusiva”.
A empresa prevê que o sensor possa ser incorporado a etiquetas RFID a um baixo custo, já que o mecanismo do sensor é passivo. Enquanto Thongprasert estima que as etiquetas RFID UHF atuais custam cerca de 15 centavos cada, ele diz: “Esperamos que nosso sensor, se produzido em maior volume, tenha um preço em torno de 10 centavos”. A tecnologia foi listada como finalista do NFC Forum Award 2022.