CN107563473A - 基于液态金属的信息识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于液态金属的信息识别系统，结合了液态金属的相变特性，使得该种加密方式相对于软件层面的加密方式显得更加可靠，该系统包括：识别器和智能标签；智能标签，用于通过传感器记录物品所处环境的环境信息，并通过柔性线路将环境信息发送给识别器，智能标签内部使用柔性线路，柔性线路包括液态金属制成的线路，液态金属制成的线路内接入带有真空腔的微流道，在液态金属相变时液态金属进入微流道，以短接或断开液态金属制成的线路；识别器，用于接收环境信息，并对环境信息进行分析，以及将物品生产环节的第一信息下载到智能标签。

Description

基于液态金属的信息识别系统
技术领域
本发明涉及物联网与信息安全领域，具体涉及一种基于液态金属的信息识别系统。
背景技术
无线射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification)是一种通信技术，可通过无线电讯信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
目前，无线射频识别技术发展日趋成熟，但是，传统的RFID系统通常体积较大，安装及使用流程较为复杂，这是由于其制作工艺采用传统的电路板体积很难做得精巧，同时还需要塑料或金属外壳封装，使得整体体积较大，而且也很难做到柔性，这限制了其在物联网中更广泛的应用。同时，传统的RFID系统的信息安全通常是在通讯协议下不断完善加密算法来得到更高的安全等级，但是基于算法的加密方式都是属于软件层面的解决办法，加密程序都有一定的逻辑形式，通过一系列的逆向手段还是可以破解的。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种基于液态金属的信息识别系统。
本发明实施例提出一种基于液态金属的信息识别系统，包括：
识别器和智能标签；其中，
所述智能标签，用于通过传感器记录物品所处环境的环境信息，并通过柔性线路将所述环境信息发送给所述识别器，其中，所述智能标签内部使用所述柔性线路，所述柔性线路包括液态金属制成的线路，所述液态金属制成的线路内接入带有真空腔的微流道，在液态金属相变时液态金属进入所述微流道，以短接或断开所述液态金属制成的线路；
所述识别器，用于接收所述环境信息，并对所述环境信息进行分析，以及将物品生产环节的第一信息下载到所述智能标签。
优选地，所述柔性线路包括柔性基底和液态金属线路，所述柔性基底为所述液态金属线路提供附着，所述液态金属线路包括液态金属制成的线路和天线；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、振动传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、重力传感器、光照传感器、电磁辐射传感器、电离辐射传感器、噪声传感器、气体传感器、粉尘颗粒物传感器和微生物检测传感器中的一种或者几种的组合；
所述智能标签，还包括如下结构：
芯片和警示单元；其中，
所述芯片，用于控制所述传感器工作，通过所述柔性线路将所述传感器采集的环境信息发送给所述识别器，并存储所述第一信息；
所述警示单元，用于在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值时，进行示警。
优选地，所述识别器，具体包括如下结构：
数据传输模块、第一供能模块、分析模块和信息存储模块；其中，
所述数据传输模块，用于与所述智能标签建立连接，以进行数据的双向传递；
所述第一供能模块，用于为所述智能标签进行供能使其可以上传和下载数据；
所述分析模块，用于分析所述智能标签发送的环境信息，以及所述智能标签的信息识别区内液态金属相变引起的图形变化、液态金属磁性的变化和液态金属成分的变化，并将分析结果存储到所述信息存储模块，所述智能标签包含所述信息识别区，所述信息识别区包含液态金属绘制的图形，所述图形是对物品流通环节的第二信息依次进行编码、符号化得到的或者随机生成的、具有可识别性的图案；
所述信息存储模块，还用于存储所述第一信息。
优选地，所述芯片包括控制芯片和存储芯片，所述液态金属制成的线路内还接入有熔断电路，其中，所述存储芯片存储有所述第一信息，在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值时，所述控制芯片启动所述熔断电路工作，以将所述液态金属制成的线路熔断或将所述存储芯片烧毁。
优选地，所述系统还包括：
移动供能模块，用于对所述智能标签进行供能。
优选地，所述移动供能模块，包括：
电源模块、第二供能模块和控制模块；其中，
所述电源模块，用于提供供能能源；
所述第二供能模块，用于利用所述供能能源对所述智能标签进行供能；
所述控制模块，用于对所述第二供能模块的供能进行控制。
优选地，所述控制模块具体用于控制所述第二供能模块对所述智能标签进行供能的方式，其中，所述方式包括：一直持续供能、间歇式供能、在预设时间段内供能和条件触发式供能。
优选地，所述移动供能模块的结构形态包括：贴片式、胶黏式、磁力吸附式、固定安装和悬浮式。
本发明实施例提供的基于液态金属的信息识别系统，一方面，该系统结合了液态金属的相变特性，使柔性线路可以直接打印，同时，该柔性线路可以制作完全柔性的智能标签，使其体积可以做得更加轻薄，大大增加了其在物联网中的适用范围；另一方面，该系统提出了物理层面的加密方法，通过在液态金属制成的线路内接入带有真空腔的微流道，可以利用液态金属的相变特性产生机械式的、不可逆的、随机的、改变智能便签的电路结构，从而保护智能标签内的数据，这种毫无逻辑可寻的加密方式相对于软件层面的加密方式显得更加可靠，使得液态金属的相变特性在冷链物流中更具优势。
附图说明
图1为本发明基于液态金属的信息识别系统一实施例的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的智能标签的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的微流道的示意图；
图4是本发明一实施例提供的智能标签、移动供能模块在应用中的布局示意图。
图5是本发明另一实施例提供的智能标签的结构示意图；
图6是本发明又一实施例提供的智能标签使用的自毁开关的结构示意图；
图7是本发明又一实施例提供的智能标签的结构示意图；
图8是本发明又一实施例提供的智能标签的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1，本实施例公开一种基于液态金属的信息识别系统，包括：
识别器1和智能标签2；其中，
所述智能标签2，用于通过传感器记录物品所处环境的环境信息，并通过柔性线路将所述环境信息发送给所述识别器1，其中，所述智能标签2内部使用所述柔性线路，所述柔性线路包括液态金属制成的线路，所述液态金属制成的线路内接入带有真空腔的微流道，在液态金属相变时液态金属进入所述微流道，以短接或断开所述液态金属制成的线路；
本实施例中，当物品从冷链温度较低的环境进入温度较高的环境时会使液态金属相变，从而触发液态金属进入所述液态金属制成的线路，短接或断开所述液态金属制成的线路，使所述智能标签不能再向外发送数据，从而保护智能标签数据不泄露。所述的液态金属熔点在300℃以下，其金属成分选自镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、铜、银、金、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、镍、锰、钛、钒等中的一种或多种，其形式可以是金属单质、合金，或与流体分散剂、纳米材料、磁性材料等混合形成的导电流体。
所述识别器1，用于接收所述环境信息，并对所述环境信息进行分析，以及将物品生产环节的第一信息(比如生产环节的工艺参数等)下载到所述智能标签2。
本发明实施例提供的基于液态金属的信息识别系统，一方面，该系统结合了液态金属的相变特性，使柔性线路可以直接打印，同时，该柔性线路可以制作完全柔性的智能标签，使其体积可以做得更加轻薄，大大增加了其在物联网中的适用范围；另一方面，该系统提出了物理层面的加密方法，通过在液态金属制成的线路内接入带有真空腔的微流道，可以利用液态金属的相变特性产生机械式的、不可逆的、随机的、改变智能便签的电路结构，从而保护智能标签内的数据，这种毫无逻辑可寻的加密方式相对于软件层面的加密方式显得更加可靠，使得液态金属的相变特性在冷链物流中更具优势。
在前述实施例的基础上，所述柔性线路可以包括柔性基底和液态金属线路，所述柔性基底(可以为有机聚合物、硅胶、编织物、纸、生物组织等柔性材料)为所述液态金属线路提供附着，所述液态金属线路包括液态金属制成的线路和天线；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、振动传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、重力传感器、光照传感器、电磁辐射传感器、电离辐射传感器、噪声传感器、气体传感器、粉尘颗粒物传感器和微生物检测传感器中的一种或者几种的组合；
所述智能标签，还包括如下结构：
芯片和警示单元；其中，
所述芯片，用于控制所述传感器工作，通过所述柔性线路将所述传感器采集的环境信息发送给所述识别器，并存储所述第一信息；
所述警示单元，用于在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值时，进行示警。
本实施例中，对应具体的传感器设置，所述识别器接收的环境信息包括物品所处环境的温度、湿度、气压、压力、振动、速度、加速度、重力、光照、噪声、电磁辐射、电离辐射、气体成分、粉尘颗粒物信息中的至少一种、微生物中的至少一种。在液态金属相变时，会短接或断开所述液态金属制成的线路(比如可以随机改变接入电路中芯片的引脚，使芯片进入休眠状态，从而不能向外发送数据)。所述警示单元可以为微型发光、蜂鸣电路，在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值(此阈值可以根据需要设置，此处不作详细限定)时，警示单元做出相应示警。
在前述实施例的基础上，所述识别器，具体可以包括如下结构：
数据传输模块、第一供能模块、分析模块和信息存储模块；其中，
所述数据传输模块，用于与所述智能标签建立连接，以进行数据的双向传递；
所述第一供能模块，用于为所述智能标签进行供能使其可以上传和下载数据；
所述分析模块，用于分析所述智能标签发送的环境信息，以及所述智能标签的信息识别区内液态金属相变引起的图形变化、液态金属磁性的变化和液态金属成分的变化，并将分析结果存储到所述信息存储模块，所述智能标签包含所述信息识别区，所述信息识别区包含液态金属绘制的图形，所述图形是对物品流通环节的第二信息(比如商品编号等)依次进行编码、符号化得到的或者随机生成的、具有可识别性的图案；
所述信息存储模块，还用于存储所述第一信息。
本实施例中，需要说明的是，所述图形可以是对物品流通环节的第二信息依次进行编码、符号化得到，也可以是随机生成的、具有可识别性的图案。
在前述实施例的基础上，所述芯片可以包括控制芯片和存储芯片，所述液态金属制成的线路内还可以接入熔断电路，其中，所述存储芯片存储有所述第一信息，在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值时，所述控制芯片启动所述熔断电路工作，以将所述液态金属制成的线路熔断或将所述存储芯片烧毁。
本实施例中，需要说明的是，所述控制芯片启动所述熔断电路工作后，可以是所述熔断电路在其温度达到一定值时熔断，从而将液态金属制成的线路熔断或者将存储芯片烧毁，也可以是随着所述熔断电路温度的升高，使与所述熔断电路连接的液态金属制成的线路相变，从而短接或断开所述液态金属制成的线路，以最终达到保护智能标签数据的目的。
在前述实施例的基础上，所述系统还可以包括：
移动供能模块，用于对所述智能标签进行供能。
在前述实施例的基础上，所述移动供能模块，可以包括：
电源模块、第二供能模块和控制模块；其中，
所述电源模块，用于提供供能能源(可以包括市电电源、电池，其电池可以为太阳能电池、镍氢电池、锂电池、燃料电池、薄膜电池等)；
所述第二供能模块，用于利用所述供能能源对所述智能标签进行供能；
所述控制模块，用于对所述第二供能模块的供能进行控制。
所述第二供能模块主要通过感应的方式为一定区域内的一个或多个智能标签提供能量；所述控制模块在负责移动供能模块整体控制的同时，还决定着为智能标签供能的方式，包括一直持续供能、间歇式供能、指定时间段供能、条件触发式功能等。
在前述实施例的基础上，所述移动供能模块的结构形态可以包括：贴片式、胶黏式、磁力吸附式、固定安装和悬浮式。
下面结合具体的实施例对本发明基于液态金属的信息识别系统进行说明。
实施例1：
本实例主要是应用识别器与智能标签的组合，针对冷链药品、食物等，在全生命周期中对温度有严格要求的产品，但是不要求记录产品生产流通阶段的温度信息，只要求体现判断的结果。基于液态金属的信息识别系统，通过基于液态金属制作的智能标签，使生命周期内温度超标的产品可以直观的被识别。
本系统分为识别器和智能标签两个部分，其中，识别器包含3个探头，分别负责识别智能标签携带的产品信息(第一信息)、信息识别区内液态金属成分变化情况、以及信息识别区内液态金属磁性变化情况。智能标签包含芯片、柔性线路、传感器、自毁系统(即带有真空腔的微流道)、信息识别区和警示单元等6个部分。
图2是智能标签的结构图，21是3M胶层，当揭开保护膜后可以迅速贴于产品的指定位置；22是微流道层，通过微流道将发生相变的液态金属进入指定结构，短接或者断开柔性线；23是液态金属打印层，液态金属打印的图形、柔性线路与传感器、芯片、警示单元均位于该层；24是封装层，主要是通过柔性材料将液态金属打印层的图形、线路、传感器、芯片等进行封装固定；25是保护层，通过喷涂或覆膜等方式，进行智能标签的表层防护，达到指定的防水透气性能；实际应用中，通过改变22微流道层的微流道设计，达到不同级别的保密要求，从智能标签的功能丧失到智能标签记录数据的销毁。
图3是自毁系统的微流道示意图，31为微流道层，32为柔性线路中的天线部分，33为信息识别区的液态金属图形，34为自毁系统的微流道，通过微流道的设计，可以改变32柔性线路中天线的路径，从而改变使用频率甚至是丧失功能。其中，33信息识别区的液态金属图形，是可以被使用者或消费者观察到的，其余均为智能标签内部结构，本实例中可以将信息识别区的液态金属的图形设计为条形码(当然也可以设置为二维码)，一方面可以作为产品的生产编号，另一方面当温度超标后液态金属发生不可逆相变，此时液态金属条形码会发生直观的变化，可以用肉眼直接发觉，同时，产品的生产编号将无法被识别，无法继续流通，只有通过识别器才能查看相关信息。
基于液态金属的信息识别系统应用于冷链药品、食物等，在全生命周期中对温度有严格要求的产品的完整流程为：首先，将制作好且激活的基于液态金属的智能标签，在产品的指定工艺环节黏贴或者附着在产品的指定区域，此时，智能标签进入工作状态，在每一个流通环节，工作人员在扫描智能标签条形码的时候就可以直观查看产品在上个流通环节是否出现异常，直至产品的整个生命周期结束，其中，如果发现异常产品，工作人员会第一时间发现，反馈上个流通环节，同时，借助识别器进行详细生产信息的查询。
实施例2：
本实例主要是应用识别器、智能标签和移动供能模块的组合，依然针对冷链药品、食物等，在全生命周期中对温度有严格要求的产品，并且要求记录整个生命周期的温度信息。
智能标签在实施例1的基础上将温度传感器安装上即可。
对于移动供能模块的结构，其电源模块为超薄的薄膜贴片式电池，第二供能模块为智能标签供能，控制模块控制移动供能模块41的正常工作的同时，控制第二供能模块按预先设定的模式为智能标签供能。
图4为智能标签、移动供能模块在应用中的布局示意图，本实施例中提供的移动供能模块为贴片式。产品包装盒51为产品进入流通环节的最小单位，移动供能模块52为贴片式结构，贴在产品包装盒的指定位置，其中移动供能模块52为双面3M胶结构，一面用于贴附于产品包装盒51上，另一面用于粘贴产品标签(包括产品规格，数量、说明书、注意事项等信息)，一联产品53用于一组产品的固定，方便包装，产品54为需要记录数据信息的最小单位，智能标签55粘贴在产品的表面。
本实施例2中提供的信息识别系统，主要针对产品出厂后直至产品的生命周期结束期间的温度、粉尘颗粒物、微生物等信息记录，其特点是移动供能模块可以通过感应的方式为包装盒内的智能标签提供能量，以保证智能标签按预订时间记录数据，此外双面3M胶的贴片式设计可以将移动供能模块更好的隐藏起来，而且占用更小的空间。
实施例3：
本实施例主要是智能标签物理防伪的几组应用，体现智能标签的防撕毁性。
一：液态金属结合具有一定拉伸特性的柔性基底制作出具有防撕毁功能的智能标签。利用的是当环境温度达到液态金属相变温度时呈现液态的特点。
首先选取相变温度小于使用环境温度的液态金属在拉伸后的柔性材料上打印制作功能电路，随后安装相关器件，最后进行封装。制作完成的智能标签采用涂覆胶水的方式贴附于产品表面，胶水的粘力始终保持智能标签处于拉伸状态，当产品置于正常使用流通环节时液态金属会由于环境温度高于其相变温度而呈现液态，如果智能标签被强行揭下时，由于失去了胶水支撑力的智能标签会因为柔性材料恢复拉伸前的状态而使功能电路的液态金属缩为一团从而无法使用。从而保证了智能标签与产品的一一对应和不可复制性。
二：液态金属结合易碎材料制作出防撕毁的智能标签，其结构示意图如图5所示。图5中，61为3M背胶层用于贴附产品表面，62为易碎材料层，用于提供具有一定易碎结构的液态金属打印基材，63为液态金属打印层，用于制作液态金属线路，64为封装层，用于智能标签的元器件固定和整体封装。实例中所述的易碎材料可以为易碎贴纸、易碎薄膜等，其工作原理是利用易碎材料屈服强度低的特性，外界很微小的力即可使其破碎，从而无法为液态金属线路提供稳定的附着力，导致液态金属线路出现断线，使智能标签丧失功能，从而达到防撕毁的目的。
实施例4
本实施例主要是智能标签物理层面的自毁结构的几种应用。采用两种或两种以上不同相变温度范围的液态金属材料打印液态金属功能线路，使智能标签在正常使用环境中有部分线路为液态，结合机械式的自毁开关。当使用过程中需要人为启动自毁时，只需要人为的将自毁开关打开，就可以改变呈现液态的液态金属在电路中的分布，从而启动自毁系统。
如图6所示为所述的自毁开关，即智能标签部分呈现液态的液态金属线路为中空腔体71内的两滴液态金属液滴72，腔体的两端分别连接到液态金属功能线路中，但是自然状态下两滴液态金属无法导通。参看图6，当外界人为按压时由于腔体变形使腔体体积减小，两滴金属液可以充满腔体导通线路，从而达到启动自毁的目的。
实施例5
本实施例是用于瓷器、青铜器等文物的信息存储、防伪识别的柔性智能标签。
如图7所示的智能标签具有六层结构，自下而上分别是离型纸层81、防渗透层82、胶黏层83、柔性基材层84、液态金属打印(印刷)层85、分型柔性封装材料层86。该方案具有相对最简单的结构，其中防转移的功能主要依靠最上两层的液态金属层和分型柔性封装材料层实现。柔性封装层在面积上大于标签下方其它四层，在贴附后从外侧只能直接接触到此层而无法触碰到与文物直接贴附的胶黏层。封装材料为二到多个部分构成，人为情况较难实现所有部分的同时、同步撕开。液态金属印刷层包含以60℃合金为主，20℃合金为辅的天线和电路图样。在去封装剥离时，撕开的部分封装材料会将下层20℃液态金属粘附，液态金属在成球后无法在原样恢复到撕开前状态。同时，所使用的分型封装材料在降温至-30℃时变脆，在外力作用下容易破碎，无法修复。
如图8所示的智能标签具有六层结构，自下而上分别是离型纸层91、防渗透层92、胶黏层(或无痕胶层)93、易损材料层94、液态金属打印(印刷)层95、薄层封装材料层96。该方案易损材料的抗拉强度远低于粘结胶的剥离强度，在粘贴后，无法无损转移。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于液态金属的信息识别系统，其特征在于，包括：
识别器和智能标签；其中，
所述智能标签，用于通过传感器记录物品所处环境的环境信息，并通过柔性线路将所述环境信息发送给所述识别器，其中，所述智能标签内部使用所述柔性线路，所述柔性线路包括液态金属制成的线路，所述液态金属制成的线路内接入带有真空腔的微流道，在液态金属相变时液态金属进入所述微流道，以短接或断开所述液态金属制成的线路；
所述识别器，用于接收所述环境信息，并对所述环境信息进行分析，以及将物品生产环节的第一信息下载到所述智能标签。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述柔性线路包括柔性基底和液态金属线路，所述柔性基底为所述液态金属线路提供附着，所述液态金属线路包括液态金属制成的线路和天线；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、振动传感器、压力传感器、速度传感器、加速度传感器、重力传感器、光照传感器、电磁辐射传感器、电离辐射传感器、噪声传感器、气体传感器、粉尘颗粒物传感器和微生物检测传感器中的一种或者几种的组合；
所述智能标签，还包括如下结构：
芯片和警示单元；其中，
所述芯片，用于控制所述传感器工作，通过所述柔性线路将所述传感器采集的环境信息发送给所述识别器，并存储所述第一信息；
所述警示单元，用于在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值时，进行示警。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述识别器，具体包括如下结构：
数据传输模块、第一供能模块、分析模块和信息存储模块；其中，
所述数据传输模块，用于与所述智能标签建立连接，以进行数据的双向传递；
所述第一供能模块，用于为所述智能标签进行供能使其可以上传和下载数据；
所述分析模块，用于分析所述智能标签发送的环境信息，以及所述智能标签的信息识别区内液态金属相变引起的图形变化、液态金属磁性的变化和液态金属成分的变化，并将分析结果存储到所述信息存储模块，所述智能标签包含所述信息识别区，所述信息识别区包含液态金属绘制的图形，所述图形是对物品流通环节的第二信息依次进行编码、符号化得到的或者随机生成的、具有可识别性的图案；
所述信息存储模块，还用于存储所述第一信息。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述芯片包括控制芯片和存储芯片，所述液态金属制成的线路内还接入有熔断电路，其中，所述存储芯片存储有所述第一信息，在所述传感器中至少一个传感器采集的数据超过对应的阈值时，所述控制芯片启动所述熔断电路工作，以将所述液态金属制成的线路熔断或将所述存储芯片烧毁。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
移动供能模块，用于对所述智能标签进行供能。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述移动供能模块，包括：
电源模块、第二供能模块和控制模块；其中，
所述电源模块，用于提供供能能源；
所述第二供能模块，用于利用所述供能能源对所述智能标签进行供能；
所述控制模块，用于对所述第二供能模块的供能进行控制。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块具体用于控制所述第二供能模块对所述智能标签进行供能的方式，其中，所述方式包括：一直持续供能、间歇式供能、在预设时间段内供能和条件触发式供能。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述移动供能模块的结构形态包括：贴片式、胶黏式、磁力吸附式、固定安装和悬浮式。
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