Development of RFID using human body communication

• Project/Area Number: 20K04593
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐々木 健 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40178645)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: RFID / 人体通信 / 電力供給 / 負荷変調 / ウェアラブル機器

Outline of Research at the Start

本研究の目的はパッシブ型RFIDの機能を，人体通信を利用して実現することである．人体通信とは人体に接触または近接させた電極を通じて人体内部を流れる電流と人体近傍の静電結合による無線通信手法である．手に持つスマートフォン等の機器をリーダとすることを想定し，手首に装着した腕時計型機器に内蔵したRFIDタグのデータを，リーダを腕時計にかざすことなく手に持ったまま読み出せるシステムを開発する．研究課題は，人体通信を用いたタグへの電力供給の方法，および通信のための負荷変調と復調の方法を確立することである．研究期間の最初の２年間でプロトタイプを製作し，最終年度の３年目で総合評価を行う．

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，通常のRFIDが電磁誘導または電磁波による結合を介して電力供給とデータ通信を行っているのに対し，人体に電極を接触させる人体通信の原理を応用し，利用者が身につけたRFIDのデータを利用者が手で触れる受信機で読み取る人体通信型RFIDを実現することである．
2020年度は電力供給のシミュレーションと実験を行った．シミュレーションではタグ側電極として10×30mmの2枚の電極を外寸54×30mmに配置し，周波数21MHz，振幅2Vppの信号を印加した電極を指先で触れた場合，受信電力は約約7μWであった．実験は同じ電極寸法で周波数12.8MHz振幅2Vppの信号電極を手で触れ，受信電力は約1μWであった．これは目標の20μWより小さいが，共振回路の改良と送信電圧の増大により実現できると考えている．
2021年度は負荷変調によるデータ通信を試みた．電力供給はまだ不十分であるため実験装置は電池駆動とした．搬送周波数13.56MHzを分周した周波数212kHzまたは424kHzの矩形波によってアナログスイッチをオンオフし，手首に接触させる2つの電極間インピーダンスを変化させ，指先または手のひらで触れた受信回路によってインピーダンス変化の検出を試みた．結果はアナログスイッチのゲート入力の静電容量の影響でスイッチングによる過渡的な信号が電極間に現れ，本来はインピーダンスのみが変化すべきところ実際には電極間に電気信号が現れてアクティブな人体通信と等価な状態になり，負荷変調によるデータ通信は確認できなかった．原因は十分に解明できていないが，本課題以前の研究において人体通信は送信電極間電圧1～2V程度で通信ができていることを考えれば，負荷変調というパッシブな方法にこだわらず，人体通信型RFIDでは受信した電力を用いてアクティブなデータ送信を行う可能性も考えられる．

Research Products

• [Presentation] 人体通信型RFIDにおけるタグ条件に対する受信電力特性 (2021)
  • Author(s): 李贇，佐々木健，村松大陸
  • Organizer: 2021年電子情報通信学会総合大会