НАНОМАРКЕР
NANO-MARKER

Изобретение относится к области нанотехнологий и относится к контролирующим системам, в частности к системе для определения и контроля местоположения, позволяющим создание портативного, компактного маркера, для легкой маркировки и идентифицикации объектов, позволяющего контролировать постоянное нахождение объекта в зоне допустимого значения и вести наблюдение за ним.
2
4
Известно изобретение «Способ маркировки, обнаружения и идентификации объектов», патен RU №2107324, опубл. 1998.03.20, МПК G06K 5/00, G06K 19/02, G01S 3/02, включающий нанесение на объект метки, облучение ее внешним источником излучения с электромагнитным излучением частотой 10-10 Гц, введение в метку кристаллов вещества, обладающего магнитострикцией, регистрация детектором ультразвукового и звукового излучения от метки, которое используют для обнаружения и идентификации объекта. Изобретение позволяет упростить процесс идентификации объекта, причем этот процесс можно сделать бесконтактным и обеспечивает возможность бесконтактного обнаружения ультразвуковых колебаний маркируемого объекта. Однако изобретение не решает вопроса нанесения и выбора такой метки, которая позволит помечать различные объекты метками с разными частотными характеристиками, а также не решают вопрос создания конструктивно простой системы нанесения и обнаружения метки.
Известно изобретение «Способ контроля перемещаемых объектов», патент RU №2144221, опубл. 2000.01.10, МПК G09F 3/02, включающий установку меток, представляющих носители кодированных сигналов, запоминание сигналов в пункте контроля, сравнение их с запомненными в блоке сравнения, декодирование и считывание сигналов от метки. Изобретение позволяет осуществить оперативный контроль движения как отдельных объектов, так и потока объектов, обеспечивает возможности контроля объектов при их перемещении, однако управляющие сигналы могут проверить объект только в момент его облучения, который осуществляется не постоянно, а периодически, кроме того, декодер работает на другом принципе, сканируя метку, а не получая от нее ответного сигнала.
Известно изобретение «Пассивная транспондерная система идентификации и транспондер в виде кредитной карточки», заявка RU №2002103506, опубл. 2003.10.27, МПК Н04В 1/59, H04Q 7/00, включающая передатчик, принимающую антенну для РЧ сигналов, транспондер с резонансным контуром, узкополосной приемник, в котором детектируются сигналы, содержащие цифровые данные, попадающие в полосу узкополосного приемника, предназначенного для обнаружения присутствия пассивного транспондера в зоне обнаружения. Изобретение позволяет обнаружить объект на основе ответного сигнала метки, однако система работает на другом принципе, и в ней принимающая транспондерная система является пассивной, а метка на объекте - активной, что существенно усложняет простановку меток на объекте.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение «Контролирующая система», патент RU №2196355, опубл. 2003.01.10, МПК Н04В 1/59, G06F 19/00, G07C 11/00, включающая некоторое число выдаваемых в пользование объектов, каждый из которых имеет установленное на нем радиочастотное идентификационное устройство, имеющее особый идентификационный код, процессорный блок с базой данных, который формирует сигнал оповещения, приемное устройство. Система позволяет повысить надежность обнаружения, однако она не позволяет сигнализировать об удалении объекта за контрольную зону, кроме того, простановка меток должна происходить в производственных условиях, а также процесс простановки меток сложен, что делает всю систему сложной в эксплуатации.
Требуется создать портативный, компактный маркер, позволяющий легко и быстро маркировать и идентифицировать объект, а также следить за постоянным нахождением данного объекта в зоне допустимого значения и вести постоянное наблюдение за ним. Простота простановки метки должна быть обеспечена отсутствием сложной технологии простановки данной метки в производственных условиях, т.к. пользователь любого бытового предмета, желающий постоянно контролировать этот предмет на его присутствие в зоне контроля, не имеет специальных знаний. Кроме того, требуется создать портативный наномаркер, который обеспечивает постоянное слежение за предметом и который, в случае утери этого предмета, незамедлительно подает сигнал об утрате предмета. Инымы словами, необходимо упростить нанесение метки с гарантированным результатом ее работоспособности, упростить эксплуатацию наномаркера, обеспечивающего все необходимые функции по слежению, контролю за перемещением предмета в радиусе допустимой зоны и оповещения в случае утраты предмета, не создавая дополнительной сложной системы приемников, передатчиков, средств обработки сигнала. При этом используемая система передачи и приема сигнала может быть вписана в уже существующие системы связи. Кроме того, необходимо, чтобы наномаркер использовал непромышленные частоты излучения для возможности его использования в бытовой технике.
Предложенное техническое решение обеспечивает следующий технический результат. Достигается упрощение нанесения меток, упрощение эксплуатации маркера в допустимом для бытового применения диапазоне частот, упрощение системы наблюдения.
Данный технический результат достигается следующим образом.
2
-9
-12
3
Наномаркер содержит процессорный блок, снабженный программным обеспечением (ПО) и базой данных, приемное устройство, снабженное дисплеем и кнопкой маркировки, идентификационное устройство. Наномаркер отличается тем, что приемное устройство выполнено в виде узкополосного приемника, принимающего ответный сигнал от метки, попадающий в полосу узкополосного приемника, предназначенного для обнаружения присутствия пассивных меток в зоне слежения. Наномаркер содержит также дополнительно детектор ультразвуковых колебаний, который распознает сигналы от пассивной метки по частоте и интенсивности, характеризующие ультразвуковые колебания конкрентной маркированной метки и являющиеся кодом маркируемого объекта, идентификационное устройство снабжено блоком сравнения эталонной частоты для i-го предмета, записанной в базе данных процессорного блока, и частоты полученного ответного сигнала от пассивной метки, а также интенсивности сигнала, полученного от каждой i-ой метки с его пороговой величиной, равной, например, 100 кГц/м, и связанного с процессорным блоком. Процессорный блок снабжен генератором сигналов оповещения. Кроме того, наномаркер снабжен дополнительно одним или несколькими контейнерами с адгезионной смесью из наполнителя и вещества с магнитострикционными свойствами, содержащими бесступенчатый дозатор адгезионной смеси, причем адгезионная смесь после застывания формирует пассивную метку в виде кристалла, и метка, таким образом, является нанометкой. А также наномаркер снабжен дополнительно передатчиком в виде электромагнитного излучателя в дециметровом диапазоне, создающего постоянное электромагнитное разнонаправленное поле, и содержит активатор в виде излучателя, срабатывающего при замыкании цепи кнопкой маркировки, активатор соединен с приемопередающей антенной, кнопкой маркировки приемного устройства и процессорным блоком, и с приемопередающей антенной с круговой диаграммой направленности. При работе наномаркера пассивную метку размещают, например, на маркируемом предмете. Адгезионная смесь может образовывать после застывания i-ую пассивную метку, кристалл которой обладает собственными характеристиками по частоте излучения. Величина кристалла пассивной метки, которую наносят с помощью наномаркера, может зависеть от количества адгезионной смеси, поступившей из дозатора. Кристалл пассивной нанометки, которую наносят с помощью наномаркера, может содержать магнитный пигмент. Величина кристалла пассивной метки, которую наносят с помощью наномаркера, может составлять 10-10 м. Контейнеры с адгезионной смесью и дозатором могут быть размещены в одном корпусе с процессорным блоком, приемным устройством, идентификационным устройством, передатчиком и приемопередающей антеной. Контейнеры с адгезионной смесью и дозатором могут быть размещены в портативном корпусе, а процессорный блок, приемное устройство, идентификационное устройство, передатчик и приемопередающая антенна могут быть размещены в другом корпусе. Корпус наномаркера выполнен в виде авторучки. Корпус процессорного блока, приемного устройства, идентификационного устройства, передатчика и приемопередающей антенны может быть выполнен стационарным. Корпус процессорного блока, приемного устройства, идентификационного устройства, передатчика и приемопередающей антенны может быть выполнен портативным. Контейнеры с адгезионной смесью и дозатором и детектор, идентификационное устройство могут быть размещены в портативном корпусе, а процессорный блок, приемное устройство с дисплеем и кнопкой маркировки, приемопередатчик, блок сравнения и приемопередающая антенна могут быть размещены в другом корпусе. В качестве процессорного блока, приемного устройства, передатчика и приемопередающей антенны могут использовать блоки мобильного телефона. Дозатор может формировать адгезионную смесь в виде наносимой на маркируемый предмет капли путем выдавливания. Могут применять дозатор с бесступенчатым регулированием дозы адгезионной смеси. Адгезионная смесь содержит химический или электромагнитный отвердитель, который при соприкосновении с внешней средой обеспечивает более быстрое застывание смеси и формирование кристалла, i-ую пассивную метку могут первый раз облучать через активатор с получением уникальных частотных характеристик данной метки, которые заносят в базу данных процессора с присвоением идентификационного номера от 01 до 99 или от 001 до 999. Каждому идентификационному номеру пассивной нанометки присваивают текстовое описание идентифицируемого предмета с отображением его на дисплее. Процессорный блок посредством приемопередающей антенны может быть связан с центральной базой системы позиционирования. Приемное устройство может быть снабжено дополнительно системой определения координат пассивной метки. Центральная база системы позиционирования может быть размещена в радиусе допустимой зоны приема - передачи сигнала.
Техническое решение иллюстрируется чертежом, на котором изображена функциональная схема наномаркера.
Наномаркер выполнен следующим образом.
Процессорный блок (1), снабженный программным обеспечением (ПО) (2) и эталонной базой данных (3) и текущей базой данной (4), в которой хранятся характеристики промаркированных и активированных нанометок (5), соединен с генератором сигналов (6). Приемное устройство (7), снабженное дисплеем (8) и кнопкой маркировки (9), соединено через детектор (10) с приемопередающей антенной (11) и передатчиком (12), который имеет активатор (13). Идентификационное устройство (14) получает сигналы из эталонной базы данных (3) и сравнивает их с текущей базой данных (4), после чего через блок сравнения (15) соединяется с процессорным блоком (1).
Детектор ультразвуковых колебаний (10) распознает сигналы от пассивной нанометки (5) по частоте и интенсивности. Частота, занесенная в текущую базу данных (4) активизированных меток, характеризует, какой предмет отслеживается. Идентификация предмета осуществляется на основе сравнения предметов, занесенных в эталонную базу данных с присвоенными им идентификационных номеров, которым соответствует характеристика конкретной, нанесенной на этот предмет, метки (5) с собственной уникальной частотой излучения в дециметровом поле облучения.
2
Интенсивность излучения конкретной отслеживаемой метки (5), воспринимаемой через приемную антенну (11) и распознаваемой детектором (10), характеризует удаленность нанометки от приемных устройств наномаркера. При интенсивности, меньшей, чем величина чувствительности приемных устройств, например, менее 100 кГц/м, детектор (10) через устройство идентификации (14) подает сигнал в процессорный блок (1), который, в свою очередь, замыкает цепь генератора сигналов (6).
Генератор сигналов (6) может быть соединен с дисплеем (8), на котором будет высвечиваться вышедший за зону слежения предмет и его характеристики. Генератор сигнала (6) может быть звуковым, который генерирует звуковой сигнал.
Идентификационное устройство (14) снабжено блоком сравнения (15) эталонной частоты для i-го предмета, записанной в базе данных (3,4) процессорного блока (1), и частоты полученного ответного сигнала от пассивной метки (5), а также интенсивности сигнала, полученного от каждой i-ой метки с его пороговой величиной, и связано с процессорным блоком (1).
Приемное устройство (8) также может быть связано с глобальной системой слежения и осуществлять определение расстояния до предмета с пассивной меткой (5) по, например, времени рассогласования по времени сигнала, посланного передающей антенной (11) и полученного принимающей антенной (11) от пассивной метки. В этом случае на дисплее будет обозначаться точкой местонахождение предмета в геостационарных координатах внутри допустимой зоны слежения.
2
4
Передатчик (12) является электромагнитным излучателем, который создает постоянно действующее поле с дециметровой длиной волны, которая может соответствовать, например, частоте излучения от 10 до 10 кГц. Поскольку дециметровый диапазон не ограничен требованиями контроля промышленных частот излучения, он может быть использован для бытовой техники. Кроме того, в этом же диапазоне излучения работают и мобильные телефоны, поэтому наномаркер может для своей системы частично использовать передатчики, приемные антенны и процессоры, встроенные в мобильные телефоны.
Контейнер (16) с адгезионной смесью из наполнителя и вещества с магнитострикционными свойствами содержит дозатор (17). Контейнеры (16) с адгезионной смесью и дозатором (17) могут быть размещены в одном корпусе с процессорным блоком (1), приемным устройством (7), идентификационным устройством (14), передатчиком (12) и приемопередающей антенной (11). А может быть конструктивно контейнеры (16) с адгезионной смесью и дозатором (16) размещены в портативном корпусе, а процессорный блок (1), приемное устройство (7), идентификационное устройство (14), передатчик (12) и приемопередающая антенна (11) могут быть размещены либо в самостоятельном корпусе, либо в их качестве могут использовать мобильный телефон. Может быть применен один контейнер, в котором находится специально подобранные смеси из акриловых полимеров и модифицирующих компонентов, обладающих клеящими свойствами, в которые добавлены в растворенном виде вещества, обладающие магнитстрикционными свойствами. В этом случае, при выдавливании капли на предмет, под воздействием внешней среды происходит кристаллизация данной смеси с одновременным прикреплением ее на поверхности предмета. Причем, поскольку дозатор выполнен без нормирования смеси, каждая капля будет уникальна по своей массе и объему, и соответственно каждый полученный при затвердевании кристалл также будет иметь уникальные частотные характеристики, распознаваемые детектором (10). Адгезионная смесь может содержать также магнитный пигмент или другое вещество с магнитострикционными свойствами (см. Large Magnetic Anisotropy of a Single Atomic Spin Embedded in a Surface Molecular Network Cyrus F.Hirjibehedin, Chiung-Yuan Lin, Alexander F. Otte, Markus Ternes, Christopher P.Lutz, Barbara A. Jones, Andreas J.Heinrichl).
Каждая застывшая капля модифицируется в кристаллообразную форму, обладающую также клеящим свойствам. В качестве внешней среды может выступать, например, другой компонент - химический, например, щелочной затвердитель, который находится во втором контейнере (16). В качестве затвердителя также может выступать электромагнитное излучение, которое распространяется от передатчика (12). В этом случае появляется возможность модулировать по частоте ответный сигнал от нанометки (5) (см. Крылова А.В., Епихин А.Н., Байбуртский Ф.С., Киселев М.Р., Степанов Г.В. Получение магнитных порошков и железооксидных пигментов из твердых промышленных отходов).
-9
-12
3
Нанометка, которая образуется после застывания адгезионной смеси на маркируемом предмете, обычно имееет характеристки кристалла размером от ~10 до 10 м (см. В.И.Марголин, С.Е.Шишов. Перспективы и проблемы нанотехнологий).
Приемное устройство (7) представляет собой узкополосный приемник, который принимает ответный сигнал от метки (5). До тех пор, пока ответный сигнал от метки (5) попадает в полосу узкополосного приемника, сигнал на генератор сигнала (6) не поступает, система находится в «спокойном» состоянии. В случае отсутствия ответного сигнала от метки (5) или сигнала с интенсивностью излучения ниже пороговой, ситема активирует генератор сигнала (6), который оповещает пользователя.
Процессорный блок (1) посредством приемопередающей антенны (11) может быть связан с центральной базой системы позиционирования. Тогда на дисплее (8) наномаркера будет отображаться также местоположение предмета при условии, что центральная база системы позиционирования размещена в радиусе допустимой зоны приема-передачи сигнала. Если она размещена дальше этой зоны, тогда приемопередающая антенна (11) может быть связана с ретранслятором. В этом случае может быть реализован сетевой принцип отслеживания предметов. Поскольку предел допустимой зоны приема ответного сигнала, полученного от метки (5) составляет всего 1-10 метров, то применение сетевого принципа может быть особенно актуальным.
Наномаркер работает следующим образом.
Из контейнера (16) на маркируемый объект при помощи дозатора (17) размещают произвольное количество адгезионной смеси, в которой находится вещество с магнитострикционными свойствами. Дозатор (17) может формировать адгезионную смесь в виде наносимой на маркируемый предмет капли путем выдавливания. Можно применять дозатор с бесступенчатым регулированием дозы адгезионной смеси. После застывания адгезионной смеси и кристаллизации магнитострикционного вещества, полученная метка начинает работать как пассивная нанометка. Первое включение передатчика (12) осуществляется через активатор (13), имеющий импульсное излучение. Активатор (13) срабатывает при замыкании цепи кнопкой маркировки (9), активатор (13) облучает нанесенную пассивную метку (5), которая излучает ответный сигнал на приемопередающую антенну (11), сигнал через детектор (10) в приемном устройстве (7) передает сигнал в текущую базу данных (4), откуда информация с определенными частотными характеристиками данной активированной метки (5) записывается в эталонную базу данных (3), а в процессорном блоке этому набору характеристик присваивается порядковый идентификационный номер, i-ую пассивную метку могут первый раз облучать через активатор с получением уникальных частотных характеристик данной метки, которые заносят в базу данных процессора с присвоением идентификационного номера от 01 до 99 или от 001 до 999. Каждому идентификационному номеру пассивной нанометки могут присваивать текстовое описание идентифицируемого предмета с отображением его на дисплее. После определения и записи характеристик конкретной метки, идентифицирующей отслеживаемый предмет, включают передатчик (12) в рабочий режим, при котором передатчик (12) создает постоянное электромагнитное разнонаправленное поле, ответные сигналы от активированной метки принимаются приемопередающей антенной (11) с круговой диаграммой направленности.
Определяемые частотные характеристики ответного сигнала от пассивной метки (5) является кодом объекта, который анализируется в блоке сравнения (15) идентификационного устройства (14). Измеренную частоту колебаний i-ой пассивной метки сравнивают с частотой колебаний хранящихся для данного объекта в памяти ЭВМ эталонных характеристик данной метки, а в идентификационном устройстве (14) осуществляют идентификацию объекта по присвоенным ему номерам. Поскольку сигналы, передаваемые нанометкой и возбуждаемые генератором электромагнитных волн в пассивной метке, нанесенной на объект, могут быть обнаружены детектором ультразвуковых колебаний на расстоянии нескольких метров (более 10 м), то эта зона является допустимой зоной видимости объекта. Внутри допустимой зоны может быть осуществлен контроль положения наблюдаемого объекта, координаты которого возможно показывать на дисплее (8) в геостационарных координатах. При получении приемопередающей антенной (11) от пассивной метки (5) сигнала с интенсивностью излучения ниже пороговой, детектор передает сигнал в процессорный блок (1) через идентификационное устройство (14) и блок сравнения (15) о том, что объект вышел из допустимой зоны наблюдения, в этом случае процессорный блок (1) подает сигнал на генератор сигналов (6), который осуществляет либо звуковое, либо видеооповещение пользователя об утере наблюдаемого объекта. Таким образом осуществляется маркировка объектов нанометками (5), присвоение последовательно каждой метке уникального идентификационного номера с помощью детектора (10), формирование базы данных (3, 4) объектов, периодический опрос нанометок приемным устройством (7) (бипером, дисплеем) через передающую антенну (11) в радиусе 10 м электромагнитными сигналами, и поиск его в пространстве, посылка ответных сигналов нанометками (5), обнаружение нанометок (5) детектором (10), и их идентификация устройством идентификации (14), информирование владельца об изменении положения объекта с помощью ПО (2), подача предупреждающих сигналов генератором сигналов (6) владельцу, если метка пропала из поля видимости детектора. Таким образом, достигается технический результат. Кроме того, возможно построение системы "потеряшка", в которой в зоне видимого поля дисплей наномаркера показывает предметы с их описанием и его местонахождение в виде точек.