Elektronik devre içermeyen tekstil bazlı radyo frekans ile tanımlama (RFID-etiket) ürün tasarımı ve geliştirilmesi
Textile based radio frequency identification (RFID-tags) product design and development without an electronic circuit
Yazar: MÜJGAN NAYCI DUMAN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL USTA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering
Dizin: RFID teknolojisi = RFID tecnology

Özet:
Kablosuz teknolojiler, her geçen gün ortaya çıkan elektronikteki ilerlemelere uyum sağlamalarını sağlayacak şekilde gelişmeye ve inovasyona ihtiyaç duyarlar. Esnek elektronikler birçok kablosuz algılama ve giyilebilir uygulamada kullanılmaktadır. Son yıllarda en hızlı büyüyen kablosuz teknolojilerinden biri de insanları veya nesneleri tanımlamak, algılamak veya izlemek için elektromanyetik dalga etkileşimini kullanan otomatik bir tanıma teknolojisi olan Radyo Frekanslı Tanımlama (RFID) yöntemidir.
RFID, tedarik zinciri uygulamalarında barkod teknolojisinin yerini almaya başlamıştır ve bu uygulamanın gereksinimlerini karşılamak için büyük miktarda etiket üretilmesi gerekmektedir. Üretim yöntemi ve malzeme seçimi, RFID etiketlerinin ve giyilebilir antenlerin uygun maliyetli ve verimli bir şekilde imalatı için önemli olan ve de üzerinde ağırlıklı olarak çalışılan parametrelerden birkaçıdır. Nakış, mürekkep baskı, termal ve üç boyutlu (3D) baskı gibi en son üretim teknolojileri, üretim sürecinin iyileştirilmesinde iyi bir potansiyel olduğunu göstermiştir, ancak mümkün olan en iyi sonuçları elde etmek için optimize edilmeleri ve daha fazla araştırılmaları gerekir. Hali hazırda kullanılan RFID etiketler verileri üzerinde saklamak için çip yani elektronik bir devre içermektedir. Bu da depolanacak verinin büyüklüğüne göre etiket fiyatına farklı oranlarda yansımaktadır, hatta ticari yıkamahaneler gibi bazı uygulamalarda ortam şartlarından dolayı çipin zarar görmesi söz konusu olabilmekte ve etiketi kullanılmaz hale getirmektedir. Tüm bu problemlerin üstesinden gelebilmek ve performansını arttırabilmek adına RFID etiketlerin çipsiz olarak üretilebilmesi için dünya çapında çeşitli araştırmalar sürmektedir.
Bu tezde, farklı malzemelerle pasif ve çipsiz Ultra Yüksek Frekanslı (UHF) RFID etiket antenlerinin geliştirilmesi için yeni tasarım ve üretim yöntemlerinin geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Ticari olarak temin edilebilir paslanmaz çelik telle bükülmüş polyester iletken iplik ile birlikte farklı karışım ve/veya kaplamaya sahip iplikler seri imalatta en iyi performansı verebilmesi amacıyla araştırmada etiket anteni eldesinde kullanılmıştır. Ayrıca, paslanmaz çelik tozu ilavesi ile şeffaf mürekkep elde edilerek çalışmalar da yapılmıştır. Üretilen etiket antenleri, belirli uygulamalar için algılama ve okuma mesafeleri açısından test edilmiştir. Sonuçların doğrulamasını yapmak amacıyla numuneler CST Microwave Studio yazılımı ile simüle edilip karşılaştırılmıştır.
Sonuçlar, kullanılan yaklaşım ve metodolojilerin çipsiz RFID etiketlerinin ve antenlerinin üretimini geliştirme konusunda büyük potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Üretilen etiketler, tekstil tedarik zinciri, giyilebilir biyomedikal algılama ve çevre izleme, ticari tekstillerin yıkama takibi gibi modern RFID uygulamaları için mükemmel sonuçlar verebilir ve gerekli performansı sağlayabilir. Bu ayrıntılı çalışma, kablosuz bileşenleri üretmek için gerekli olan uygun malzemeleri mümkün olan en iyi sonuçlarla, yani, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve akıllı RFID sensörler gibi gelecekteki uygulamalar için imal edebilmek ve bunun yanı sıra güvenilir ve daha iyi kablosuz performans elde edebilmek için çok yararlı olacaktır.

Abstract:
Wireless technologies need to evolve and be innovative in a way that allows them to adapt to emerging advances in electronics. Flexible electronics are used in many wireless sensing and wearable applications. One of the fastest-growing wireless technologies in recent years is Radio Frequency Identification (RFID). This automatic recognition technology uses electromagnetic wave interaction to identify, detect or track people or objects.
RFID has begun to replace barcode technology in supply chain applications, and large volumes of tags must be produced to meet the requirements of this application. Production method and material selection are some of the parameters that are important and heavily studied for the cost-effective and efficient fabrication of RFID tags and wearable antennas. The latest production technologies, such as embroidery, ink printing, and thermal and three-dimensional (3D) printing, have shown promising potential for improving production. Still, they need to be optimized and further investigated to achieve the best possible results. Currently used RFID tags contain an integrated circuit (IC), an electronic chip, to store the data. This is reflected in the price of the tag at different rates depending on the size of the data to be stored, and even in some applications, such as commercial laundry, the chip may be damaged due to environmental conditions and make the tag unusable. To overcome all these problems and increase its performance, research is ongoing worldwide to produce RFID tags without a chip.
In this thesis, the development of new design and manufacturing methods for the passive chipless Ultra High Frequency (UHF) RFID tag antennas with different materials have been studied. The commercially available stainless-steel twisted polyester conductive yarn and other different blended and coated conductive yarns are used in the research to obtain the tag antenna to get the best performance in mass production. In addition, studies are carried out by obtaining transparent ink with the addition of stainless-steel powder. Manufactured tag antennas are tested for sensing and reading distances for specific applications. Samples were simulated and compared with the CST Microwave Studio software to validate the results.
The results show that the approaches and methodologies used have great potential to improve the production of chipless RFID tags and antennas. The produced tags can give excellent results and provide the required performance for modern RFID applications such as textile supply chains, wearable biomedical sensing, and environmental monitoring, tracking commercial textiles in the laundry. This detailed study is beneficial to fabricate the appropriate materials required to manufacture wireless components with the best possible results, i.e., for future applications such as the Internet of Things (IoT) and smart RFID sensors, as well as to achieve reliable and better wireless performance.