Een slimme ring die deuren opent

Hoe was het ook alweer met de ring van Tolkien: One Ring to rule them all, One Ring to find them, One Ring to bring them all, and in the darkness bind them… Aan zo’n machtige ring waar je heel veel mee kan, werkt het Duitse Fraunhofer instituut IGCV, alleen dan wel in positieve zin.

Met de “smart vingerring” van IGCV kunnen de huissleutels, portemonnee en bonuskaart straks de deur uit. Alle informatie die je nodig hebt, bevindt zich op één fraudebestendige op afstand afleesbare “RFID”-chip (Radio-frequency identification chip). Volgens Fraunhofer kun je ook denken aan complexere informatie zoals medische data, medicijngebruik of allergieën.

Een holte openlaten

De onderzoekers van Fraunhofer hebben de ring ontworpen binnen het project “MULTIMATERIAL Center Augsburg” wat wordt gesubsidieerd door het Beierse ministerie van economische zaken. Wat binnen dit project eigenlijk nog belangrijker is dan de ring, is het productieproces en de mogelijkheid om elektronica direct te integreren tijdens de fabricage van een ring of ander voorwerp.

De fabricage gaat als volgt: Er wordt een laserstraal over een bed van fijn metaalpoeder geleid. Op het punt waar de laserstraal het poeder raakt, smelt het en stolt vervolgens tot een composietmateriaal. En dat wordt steeds herhaald. De ring wordt laag voor laag opgebouwd, waarbij een holte wordt uitgespaard voor de elektronica. Halverwege wordt het proces stopgezet: Een robotsysteem pakt automatisch een RFID-chip uit het magazijn en plaatst deze in de uitsparing voordat het 3D-printproces wordt voortgezet.

Zegelring

Deze nauwkeurig controleerbare productietechnologie opent volgens Fraunhofer de deur naar tal van mogelijkheden voor geïndividualiseerde ringontwerpen. En de chip wordt altijd verzegeld door de ring, waardoor hij beveiligd is tegen manipulatie.

“Het integreren van elektronische componenten tijdens het fabricageproces is uniek”, zegt Maximilian Binder van Fraunhofer IGCV.

125 kHz

Een van de problemen die moest worden opgelost was, hoe kunnen de elektromagnetische signalen van de RFID-chip door het metaal worden gestuurd. Metaal is namelijk normaalgesproken een effectief schild tegen dit soort signalen.

Het onderzoeksteam voerde talrijke experimenten uit, en vond een oplossing in het gebruik van een frequentie van 125 kilohertz (kHz). Binder: “Die signalen gaan makkelijker door het metaal én ze hebben een kleiner bereik – wat juist gunstig is.”

De chip is bovendien dicht onder het oppervlakte aangebracht waardoor de signalen maar door één millimeter metaal hoeven. Het ontwerp van de holte en de manier waarop de elektronica is ingebed, spelen volgens Binder ook een rol bij het verzenden van het signaal, aangezien de wanden de signalen kunnen weerkaatsen of absorberen. Een laatste uitdaging was tenslotte de gevoelige elektronica van de RFID-chips te beschermen tegen de hoge temperaturen (meer dan 1000 graden Celsius) tijdens het fabricageproces. En ook dat is goed gelukt.

Volgens Fraunhofer kan de technologie overal worden toegepast waar conventionele methoden om elektronica te integreren moeilijk zijn. De onderzoekers werken zelf momenteel aan sensoren die een signaal moeten aangeven als een tandwiel van een machine versleten begint te raken.

Lees ook onze andere artikelen over 3D-printen.