KR101006124B1

KR101006124B1 - 유체에 의해 활성화되는 자가 전력 공급형 ｒｆｉｄ 태그 및 이와 같은 ｒｆｉｄ 태그를 이용하는 방법

Info

Publication number: KR101006124B1
Application number: KR1020097006258A
Authority: KR
Inventors: 쟝-이브 클레망; 피에르 세콘도; 제롬 타르트
Original assignee: 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2011-01-07
Also published as: US8248249B2; WO2008052811A1; US8237572B2; EP2077815B1; US20120119915A1; EP2077815A1; US20090315720A1; KR20090066278A

Abstract

본 발명은 RFID 태그, 및 복수의 RFID 태그들을에 관한 시스템 및 방법을 기술한다. 각각의 RFID 태그는, 미리 정의된 유체의 존재가 모니터링되는 물체 (또는 구조물 또는 사람)에 부착된다. 제1 상태에서 (모니터링된 유체가 없는 상태), 태그는 수동 RFID 태그로서 동작하고, 이 태그가 유지하는 정보(적어도 태그의 식별자-ID)는 인접 리더기(핸드헬드 또는 정지/고정형 리더기)를 이용하여 판독될 수 있다. 이 동작은 RFID 태그가 모니터링될 물체(또는 사람)에 부착될 때 수행된다. 이 단계에서, 태그 ID를 물체 이름 (또는 사람의 이름) 및 위치 (또는 임의의 다른 정보)와 연관시키는 표가 구축될 수 있으며, 이 표는 태그가 포함하는 정보가 제어 센터에 의해 액세스 가능하도록 기록될 수 있다. 제2 상태에서, 모니터링된 유체가 태그가 부착된 물체 상에 나타날 때마다, 유체 활성화형 배터리는 RFID 태그에 전력을 공급하는데 사용되는 전력을 발생시킨다. 그 다음, RFID 태그는 능동 RFID 태그로서 동작하고, 먼 거리에 있는 RFID 리더기에 의해 수신될 수 있는 메시지(예컨대 경보)를 보내기 시작한다. 경보 메시지는 적어도 태그 ID를 포함하지만, 이름 또는 위치와 같은 추가의 정보를 포함할 수도 있다.

Description

유체에 의해 활성화되는 자가 전력 공급형 ＲＦＩＤ 태그 및 이와 같은 ＲＦＩＤ 태그를 이용하는 방법{SELF-POWERED RFID TAG ACTIVATED BY A FLUID AND METHOD FOR USING SUCH RFID TAGS}

본 발명은 무선 주파수 식별자(RFID, Radio Frequency Identifier) 태그에 관한 것으로, 더 자세하게는 미리 정의된 유체를 검출했을 때 활성화되는 수동 유체 활성화형 RFID 태그에 관한 것이다.

문제는 하나 이상의 상이한 장소들에서 유체의 존재를 모니터링하고, 이 정보를 먼 거리에 있는 중앙 사이트에 보고하는 것이다. 종래 기술의 많은 문서들은 센서를 이용하여 유체의 존재를 검출하는 것에 관한 것이다. 다른 문서들은 RFID 리더기로 정보를 수집하기 위하여, 물체 상의 수동 또는 능동 RFID 태그를 이용하는 것에 대해 기술한다. 문제는,

ㆍ 한 장소 또는 상이한 장소들에 있는 물체 또는 사람의 유체를 검출할 수 있는 시스템;

ㆍ 이러한 정보 및 다른 데이터를 먼 거리에 있는 사이트에 전송할 수 있는 시스템;

ㆍ 영구적으로 용이하게 식별 가능한 시스템;

ㆍ 에너지에 관해 자발적인 시스템;

ㆍ 구축이 용이한 시스템;

ㆍ 사용후 버려도 될 만큼 저렴한 시스템을 발견하는 것이다.

비 접촉식 태그들을 이용하는 액체의 검출

발명의 명칭 "Radio frequency wetness detection system"의 미국 특허 출원 제2004/0070510호에는, 예컨대 기저귀에 사용되는, 소변의 존재를 검출하기 위한 검출 시스템이 개시되는데, 이 시스템은 기판, 인덕터, 및 커패시터를 구비한 수동 공명 태그, 및 송신기, 알람, 및 안테나를 구비한 원격 검출 메커니즘을 포함한다. 공명 태그 및 원격 검출기를 구비한 수분(moisture) 모니터링 장치가 제공된다. 공명 태그는 구멍이 뚫려있는 플라스틱 기판, 제2 커패시터 플레이트와 접속되는, 한 측면 상의 커패시터 플레이트, 및 다른 측면 상의 인덕터 코일을 포함한다. 공명 태그는 검출기를 활성화시키지 않는 자연적인 공명 주파수를 갖는 활동 LC 회로를 포함한다. 공명 태그는 기저귀 또는 다른 위생 속옷의 물질들을 흡수하도록 부착된다. 회로 내로 수분 침투시, 회로가 비활성화되고, 검출기의 알람이 트리거되기 때문에 공명 주파수는 제거된다. 이 때에, 부모 또는 간호인은 기저귀가 젖어서 교체가 필요하다는 것을 인식하게 될 것이다.

미국 특허 출원 제2004/0070510호에서, 액체 검출의 효과는 공명 회로를 디튜닝(de-tune) 한다. 이러한 시스템에 의해 제공된 정보는 "온" 또는 "오프"의 이진 정보이다. 검출기에 의해 송신된 데이터는 없다. 이는 시스템이 원격 위치로부 터, 동일한 시간에 수분을 검출하는 몇몇 시스템들을 자동으로 구분하는 것을 막는다.

발명의 명칭 "Wet Diaper Informing and Indicating Device and Diaper Equipped with Wet Detecting Device"의 일본 특허 제JP2005000602호에는, 젖은 기저귀 알림 장치, 및 기저귀가 젖는 횟수 또는 기저귀가 젖은 이후 경과한 시간과 같은 기저귀의 젖은 상태를 알려줌으로써, 기저귀의 교환이 늦춰지는 경우 기저귀의 사용자가 허용 한계 내에 있는지 여부를 간병인이 쉽게 판단하는 것을 허용하는 습기(wet) 검출 장치가 장착된 기저귀를 제공하기 위한 시스템이 개시된다. 젖은 기저귀 알림 장치, 및 습기 검출 장치가 장착된 기저귀는 습기 검출 장치 및 디스플레이 장치를 포함한다. 습기 검출 장치는, 습기 신호(wet signal)가 발생되는 횟수 또는 습기 검출 신호가 입력된 이후 경과한 시간을 저장하기 위한 데이터 저장 매체, 인쇄형 안테나, 및 통신 제어 섹션을 구비한 IC 칩을 포함하는 무선 주파수- 식별자(RF-ID) 태그를 갖는다. 제어 섹션은 데이터 저장 매체에 저장되어 있는 데이터를 안테나를 통해 통신 제어 섹션에 송신한다. 디스플레이 장치는 통신 제어 섹션, 제어 섹션, 안테나, 및 디스플레이 섹션을 포함한다. 송신된 데이터에 응답하여, 디스플레이 섹션은 습기 신호가 발생된 횟수 또는 습기 검출 신호가 입력된 이후 경과한 시간을 디스플레이한다.

일본 특허 제JP2005000602호의 시스템은 자동으로 전력 공급되지 않는다. 습기 검출기는 단지 시스템에 정보를 제공할 뿐, 오직 수동 태그(단거리 판독하는 태그)로서 동작하는 태그에 어떠한 전력도 제공하지 않는다.

습기 또는 액체 센서의 전력공급

Remsburg Ralph의 발명의 명칭 "Electrogalvanic-powered diaper wetness sensor"의 미국 특허 제US5,959,535호에는, 애노드, 캐소드, 및 전해질의 전기갈바닉(electrogalvanic) 동작에 의해 전력이 공급되는 전기 습기 센서가 개시된다. 바람직한 실시예에서, 전해질은 소변이고, 장치는 실금(失禁)(incontinence)을 경고하는데 사용된다. 이러한 장치는, 습기에 대한 민감도; 전기 배터리 없는 작동; 밀폐 및 영구적 밀봉; 유지보수 없는 작동; 휴대성, 저비용, 및 일회성 사용(disposableness)과 같은 특징들을 포함한다. 알람 장치는 시각적 및/또는 청각적 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 알람 장치는 원격 FM 무선 수신기 또는 실금을 알리는 전용 장치에 신호를 송신한다. 실금은 톤, 시각적 신호, 수신기가 튜닝되는 기지국의 침묵, 또는 원격 청취를 허용하기 위한 알람 장치 내의 마이크로폰의 활성화에 의해 알려진다.

미국 특허 제5,959,535호는 RFID 시스템을 이용하지 않고, 따라서 배터리가 작동하지 않는 한, 저장되어 있는 데이터를 판독하기 위한 수단을 제공할 수 없다. 또한, 먼 거리에서의 작동을 위해, 미국 특허 제5,959,535호는 단지 알람을 송신하는 FM 무선 신호를 이용한다. 위치검색(localisation)과 같은 추가의 정보는 송신되지 않는다. 또한, FM 모듈레이터를 추가하는 것은 고비용이 요구된다.

Okuyama Yuji의 발명의 명칭 "Excretion detecting device"의 일본 특허 제JP2000329732호에는, 사용자에게 안전하고, 검출부가 건조한 상태에서 고체인 배터 리를 사용함으로써 쉽게 다시 쓰이게 하며, 물에서 용해될 때 산성도를 나타내기 위해 전해질을 이용하고, 물이 추가될 때 전력을 발생시키는 검출 장치가 개시된다. 기저귀를 착용한 사람이 배설할 때 배설 사실을 보고하기 위한 검출 장치에는, 예컨대, 캐소드, 건조된 전해질, 애노드, 및 송신기가 제공된다. 송신기 및 전기 배선은, 예컨대 수지(resin) 케이스로 커버되어 있는 동안에는 직접적인 소변으로부터 보호된다. 아연 또는 마그네슘, 구연산, 및 탄소, 구리, 은, 또는 금이 캐소드, 전해질, 및 애노드로서 각각 사용될 수 있다. 건조 상태에선 고체인 구연산 외의 약한 산은, 사용이 행해질 수 있는 인체에 해롭지 않다. 그 다음, 배터리가 특정 위치에 끼워 맞춰지고 소변에 노출될 때, 물이 전해질로 들어가고, 전력이 발생된 다음, 송신기로부터 전파(electronic wave)가 방출된다. 수지 케이스 또는 이와 유사한 케이스를 개방함으로써, 전해질 부분과 캐소드가 교환될 수 있다.

발명의 명칭 "Liquid sensor"의 일본 특허 제JP61167854호에는, 바깥쪽 외면 상에 또는 외면에 전원 장치를 가질 필요성을 없애고, 사이즈가 작고, 저렴하며, 검출부에 상이한 물질 및 전해질로 이루어진 복수의 전극들로 1차 배터리를 구성시킴으로써 일회용(throw-away) 애플리케이션에 적합한 액체 센서를 획득하기 위한 시스템이 개시된다. 양의 전극 및 음의 전극으로 구성된 빗 모양의 전극들은 기판 상의 상이한 물질들로 형성된다. 전극들은 예컨대, 양의 전극에는 탄소로 형성되고, 음의 전극에는 Ni로 형성된다. 예컨대, PVA 파우더 및 전분으로 구성된 물 흡수제는 전극들을 포함하는 기판 상에 필름처럼 형성된다. NH₄Cl과 같은 전해질 및 MnO₂와 같은 감극제(depolarizer)가 흡수제와 함께 혼합된다. 이에 따라, 1차 배터리는 전해질 및 감극제로 구성된 혼합물인 흡수제로 구성된 검출부 및 전극들로 구성된다. 1차 배터리는 물 또는 소변이 흡수제에 흡수될 때 기능한다. 그 다음, NH₄Cl은 이온화 반응 및 전극들 사이의 전류 흐름을 유도한다. 검출 회로는 검출회로의 기전력에 의해 구동된다.

일본 특허 제JP2000329732호 및 제JP61167854호는 액체에 의해 활성화되는 배터리에 의해 전력이 공급되는 검출 장치 및 액체 센서만을 기술한다. 이러한 검출 장치 또는 액체 센서는 RFID 기술에 기초하지 않으며, 태그가 부착된 물체에 관련된 원격 시스템 데이터(예컨대 위치)를 무선 방식으로 송신할 수 없다.

발명의 명칭 "Urinary Incontinence Detector"의 일본 특허 제JP4138155호에는, 전원 전압의 소비를 억제하고, 기전압(electromotive voltage)에 기초하여 요실금 검출 회로를 작동시키기 위하여 상호 접근 및 분리가 가능한 한 쌍의 금속 단자들을 형성하기 위해 소변에 의해 야기된 포텐셜 차에 의해 기전압을 생성하는 2가지 상이한 종류의 금속 물질로 요실금 검출 부재(member)를 어셈블링함으로써 수명을 연장하기 위한 시스템이 개시된다. 금속 단자들은 환자가 착용하는 종이 기저귀의 결정된 위치에 삽입되고, 금속 단자들 간의 원격 거리는 소변량과 같은 요실금 상태에 따라 바람직한 값으로 설정된다. 금속 단자들 사이의 공간이 소변에 의해 젖을 때, 요실금 상태를 검출하기 위해 요실금 검출 회로를 작동시키는 기전압을 발생시키기 위해 포텐셜 차가 금속 단자 간에 야기되며, 발광 다이오드는 스스 로 환자 또는 도우미에게 요실금 상태를 알려주도록 동작한다. 이러한 요실금 검출기에서, 요실금 검출기 회로를 턴온하기 위한 기본 전류가 금속 단자들 간에 발생된 기전압에 의해 공급되기 때문에, 배터리에 의해 전원 전압의 소비가 억제될 수 있으며, 따라서, 수명이 연장된다.

일본 특허 제JP4138155호에는 로컬 시스템이 기술된다. 간병인은 알람을 보기 위해 환자 앞에 있어야만 한다. 이 로컬 시스템은 무선 시스템(RFID)를 구비하지 않는다. 이 시스템은 태그가 부착된 물체에 관련된 데이터(특히 위치)를 원격 시스템에 무선 방식으로 송신할 수 있는 RFID 기술에 기초하지 않는다.

본 발명의 목적은,

ㆍ 제1 상태에서, 수동 RFID 태그로서 동작하는 RFID 태그; 및

ㆍ 제2 상태에서, 먼 거리에 있는 RFID 리더기에 정보를 전송할 수 있고, 유체의 존재시, 자가 전력 공급형 능동 태그로서 동작하는 RFID 태그를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 지리적으로 분산된, 태그가 부착된 복수의 물체들을 원격 중앙 사이트로부터 모니터링하고, 이러한 물체의 식별 및 지리적 위치와 함께, 특히 이러한 태그가 부착된 물체들의 유체의 존재에 대한 정보를 RFID 리더기로부터 수집하는 것이다.

본 발명은 독립 청구항들에서 정의된 바와 같은 RFID 태그, 태그를 부착하는 방법과 모니터링하는 방법, 모니터링하는 방법을 수행하기 위한 시스템, 컴퓨터 프로그램, 및 기저귀에 대해 안내한다.

본 발명에 따라 유체의 존재를 모니터링하기 위한 무선 주파수 식별자(RFID) 태그는,

ㆍ 유체의 부재시 수동 RFID 태그로서 동작하는 수단으로서, 그 태그 내에 유지되어 있는 정보는 근처의 RFID 리더기에 의해 판독될 수 있는 것인, 수동 RFID 태그로서 동작하는 수단; 및

ㆍ 유체의 존재시 먼 거리에 있는 RFID 리더기에 정보를 송신할 수 있는, 자가 전력 공급형 능동 태그로서 동작하는 수단을 포함한다.

상기 RFID 태그는, 유체의 존재시 상기 RFID 태그에 공급하기 위해 전력을 제공할 수 있는 유체 활성화형 배터리를 포함한다.

지리적으로 분산되어 있는 복수의 물체들 또는 개인들에 청구된 RFID 태그를 부착하기 위한 본 발명에 따른 방법은,

ㆍ RFID 태그를 각각의 물체 또는 개인에 연관시키는 단계로서, 상기 물체 또는 개인은 능동 RFID 태그로서 동작하는 각각의 RFID 태그에 의해 송신된 정보가 먼 거리의 RFID 리더기에 의해 판독될 수 있도록 지리적으로 배치되는 것인, RFID 태그를 연관시키는 단계;

ㆍ 인접 RFID 리더기에 의해, 수동 RFID 태그로서 동작하는 각각의 RFID 태그와 연관된 식별자를 판독하고, 표에 각각의 RFID 식별자를 기록하는 단계;

ㆍ 상기 표에 기록된 각각의 RFID 식별자를 상기 연관된 물체 또는 개인과 관련된 추가 정보와 연관시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따라 먼 거리의 사이트에서 지리적으로 분산된 복수의 RFID 태그를 원격 모니터링하기 위한 방법은,

ㆍ 능동 태그로서 동작하는 하나 이상의 RFID 태그로부터 정보를 수신하는 단계로서, 상기 정보는 각각의 RFID 태그와 연관된 적어도 하나의 식별자를 포함하고, 유체의 존재시 능동 태그로서 동작하는 RFID 태그에 의해 송신된 정보가 수신될 수 있도록 하나 이상의 RFID 리더기들이 배치되는 것인, 정보를 수신하는 단계;

ㆍ 수신된 정보에 기초하여 적당한 행동들을 취하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가 실시예들은 첨부한 독립 청구항들에서 제공된다.

다른 물체, 특징, 및 이점들과 함께, 본 발명의 상술한 물체, 특징, 및 이점들은 후속하는 상세한 설명, 청구항, 및 도면들을 참조하면 더욱 잘 이해될 수 있다.

본 발명의 특징들로 간주되는 새롭고 독창적인 특징들은 첨부한 청구항들에서 기술된다. 그러나, 본 발명의 바람직한 사용 모드, 추가의 목적, 및 이점들 뿐만 아니라 발명 그 자체는 첨부한 도면들과 함께 읽을 때 예시적인 상세한 실시예의 후속하는 상세한 설명을 참조함으로써 최고로 잘 이해될 것이다.

ㆍ 도 1은 구리(Cu) 층, 염화구리(CuCl) 도핑된 필터 종이, 및 마그네슘(Mg) 층으로 이루어진 소변 활성화형 종이 배터리의 개략도이다.

ㆍ 도 2는 활성화 전(a)과 활성화 후(b)의 소변 활성화형 종이 배터리의 작동 원리를 보여주는 도면이다.

ㆍ 도 3은 본 발명에 따라 물체에 태그를 부착하는 방법의 순서도이다.

ㆍ 도 4는 각각의 RFID 태그 식별자를 이름, 위치, 및 추가 정보와 연관시키는, 본 발명에 따른 표를 보여주는 도면이다.

ㆍ 도 5는 본 발명에 따라 소변을 검출하는 방법의 순서도이다.

ㆍ 도 6은 건강관리 분야의 RFID 태그 애플리케이션의 일반적인 모습이다.

ㆍ 도 7은 본 발명에 따라 물을 검출하기 위한 시스템의 일반적인 모습이다.

ㆍ 도 8은 본 발명에 따른 소변 활성화형 RFID 태그의 모습니다.

본 발명의 원리

본 발명은 하나 이상의 유체 활성화형 RFID 태그를 포함하는 시스템을 기술한다. 각각의 태그는 미리 정의된 유체의 존재가 모니터링되는 물체(또는 구조물 또는 사람)에 부착된다.

ㆍ 제1 상태에서(모니터링된 유체의 부재 상태), 태그는 수동 RFID 태그로서 동작하고, 그 RFID 태그가 유지하고 있는 정보(적어도 RFID 태그의 식별자-ID)는 인접 리더기(핸드헬드 또는 정지/고정형 리더기)로 판독될 수 있다. 이러한 작동은 태그가 모니터링될 물체 (또는 사람)에 부착될 때 수행된다. 이 단계에서, 태그 ID를 물체 이름(또는 사람의 이름), 및 위치(또는 임의의 다른 정보)와 연관시키는 표가 구축될 수 있으며, 이 표는 RFID 태그가 담고있는 정보가 제어 센터에 의해 액세스 가능하도록 기록될 수 있다.

ㆍ 제2 상태에서, 모니터링된 유체가 태그가 부착된 물체 상에 나타날 때마 다, 유체 활성화형 배터리는 태그에 전력을 공급하는데 이용되는 전력을 발생시킨다. 그 다음, 태그는 능동 태그로서 동작하고, 먼 거리에 있는 RFID 리더기에 의해 수신될 수 있는 메시지(예컨대 경보 메시지)를 보내기 시작한다. 경보 메시지는 적어도 하나의 태그 ID를 포함하지만, 이름 또는 위치와 같은 추가의 정보를 포함할 수도 있다.

특정 실시예에서, RFID 리더기는 주어진 영역 내에서 같은 시간에 (예컨대, 20개 이상의) 물체들을 모니터링하기 위해 몇몇 태그들로부터 메시지들을 수신할 수 있도록 배치된다.

특정 실시예에서, RFID 리더기는 태그로부터 수신된 메시지를 송신하기 위하여 원격 중앙 사이트(예컨대 제어 센터)에 무선으로 접속된다. 제어 센터에는 처리 수단이 장착되어 있고, 제어 센터는 모니터링 대시보드(dashboard)를 포함할 수 있다.

경보 메시지의 수신시, 제어 센터는 룩업 키로서 태그 ID를 이용하여 RFID 태그가 부착된 물체, 사람, 또는 위치에 관한 추가 정보를 표에서 검색할 수 있다. 제어 센터는 또한, 시각적 알람 또는 소리 알람을 트리거할 수 있고, 제어 센터의 대시보드 상에 알람에 관련된 정보를 디스플레이하여, 담당자들이 적당한 행동을 취하는 것을 허용한다.

도 4는 본 발명에 따라 각각의 RFID 태그 식별자(401)를, 이름(402), 위치(403), 추가 정보(404)와 연관시키고, 물체, 사람 또는 위치에 관한 정보 또한 담고있는 파일 또는 사이트(405)에 대한 참조를 선택적으로 연관시키는 표(400)를 도시한 도면이다.

유체 활성화형 RFID 태그

무선 주파수 식별(RFID) 기술은 매우 빠르게 개발되고 있으며, 이 기술은 다양한 애플리케이션으로 거의 모든 경제 분야에서 사용된다. 이 기술의 기본적인 기능은 물체에 부착된 RFID 태그가 정보를 인터로게이터 또는 수신기로도 부르는 리더기에 무선 방식(무선 주파수)으로 송신하는 것을 허용하는 것이다. 기본적인 애플리케이션에서, 이 정보는 단지 물체의 "식별(identification)"이다. 다른 애플리케이션은 태그에 추가의 정보를 저장한다. 추가 정보는 물체 자체와 관련될 수 있거나 또는 이 물체의 상태 또는 환경에 관련될 수 있다. 이 추가 정보는 적합한 센서들을 태그에 결합시킴으로써 획득될 수 있다.

그러나, 많은 종류의 RFID 태그들이 존재하며, 이들은 아래의 2개의 카테고리, 즉

ㆍ "수동 태그"라고 부르는, 동작하기 위해 배터리를 사용하지 않는 태그; 및

ㆍ "반-수동" 또는 "능동" 태그로 알려진 배터리를 이용하는 태그로 분류될 수 있다.

배터리에 의해 공급되는 전력은 일반적으로, 태그가 먼 거리에서-수 미터 떨어진 거리에서 "반-수동" 태그들을 작동시키고, 수십 또는 수백 미터까지의 거리에서 "능동" 태그들을 작동시키는 것을 허용하지만, 수동 태그들은 오직 단거리- 수 센티미터 이르는 거리에서 작동한다.

대부분의 "반-수동" 태그 및 "능동" 태그는 수동 태그처럼 동작한다. 이 태그들은 그들이 유지하고 있는 데이터를 전송함으로써 리더기에 의해 인터로게이팅될 때 반응(답)한다. 2가지의 태그들 간의 차이는, "반-수동" 태그들이 오직 응답 신호의 파워를 강화하기 위해서만 배터리의 에너지를 이용하지만, 능동 태그들은 임베딩된 배터리의 에너지를 모든 동작을 위해 이용한다는 것이다. 다른 능동 태그들은 "비요청(unsolicited)" 방식으로 데이터를 전송할 수 있어, 인터로게이터로부터, 일반적으로 먼 거리까지의 반복 폴링을 피할 수 있다.

본 발명은 수동 RFID 태그로서 동작하고, 자동으로 전력 공급되며, 특정 유체의 존재시 능동 태그로서 동작하는, 새로운 종류의 유체 활성화형 RFID 태그를 개시한다. 본 발명은 초기 상태에서는 활동하지 않는 배터리 서브시스템과 전자 태그 회로를 결합시키고, 특정 유체가 존재할 때 전력을 생성하기 시작한다.

본 발명에 따른 유체 활성화형 RFID 태그는, 물의 출현을 모니터링하기 위하여 사용될 수 있지만, 또한 누수 또는 범람을 모니터링하거나 또는 농업경제학 분야에서 식물 관수를 모니터링하는 것과 같은 많은 다른 용례를 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 유체 활성화형 RFID 태그는 물 활성화형 배터리를 이용한다.

다른 특정 실시예에서, 유체 활성화형 RFID 태그는, 기저귀/속옷에 삽입되어, 아기, 노인, 또는 환자의 실금을 검출하는데 이용된다.

유체 활성화형 배터리들

해결되어야 할 한 가지 결정적인 문제는, 마이크로시스템, 특히 장기간 동안 대기 모드로 유지되어야 하는 자동 시스템을 위한 전원이다.

생물계를 위한 소변 활성화형 종이 배터리들

본 발명에 따라 유체에 의해 활성화될 수 있고 RFID 태그에 임베딩될 수 있는 배터리의 일례는, 간행물 제목 "Urine-activated paper batteries for biosystems"(Ki Bang Lee, Institute of Bioengineering and Nanotechnology, 싱가포르 138669 #06-08 더 나노스 바이오폴리스 웨이 31), J. Micromech. Microeng. 15 (2005) S210-S214 doi:10.1088/0960-1317/15/9/S06에 기술되어 있다. 이 간행물은 소변 활성화형 라미네이팅(laminate) 종이 배터리를 기술한다. 이 종이 배터리의 단순하고 저렴한 제조 공정이 개시되고, 이 공정은 기존의 플라스틱 라미네이팅 기술 또는 플라스틱 몰딩 기술과 호환 가능하다. 이러한 배터리에서, 마그네슘(Mg) 층, 및 필터 종이의 염화구리(CuCl)는 애노드 및 캐소드로서 각각 사용된다. 2개의 플라스틱 층 사이에 삽입된, Mg 층, CuCl 도핑된 필터 종이, 및 구리(Cu) 층으로 구성된 스택은 120℃에서 가열 롤러를 통과함으로써 종이 배터리로 라미네이팅된다. 종이 배터리는 1.5 mW보다 큰 전력을 공급할 수 있다. 또한, 이러한 소변 활성화형 라미네이팅 종이 배터리는 전자 회로에 전원을 공급하는 자택 건강 테스트 키트(home-based health test kit)와 같은 바이오멤스(bioMEMS) 장치와 통합될 수 있다.

도 1은 구리(Cu) 층, 염화구리(CuCl) 도핑된 필터 종이, 및 마그네슘(Mg) 층 으로 구성된 소변 활성화형 종이 배터리의 개략도이다. 전체 어셈블리는 2개의 플라스틱 층 사이로 삽입된 다음, 120℃에서 가열 롤러를 관통함으로써 소변 활성화형 종이 배터리로 라미네이팅된다. 도 2는 소변 활성화형 배터리의 동작 원리를 보여준다. 마그네슘 및 염화구리는 애노드 및 캐소드로서 각각 이용된다. Cu 층은 전자 수집 층으로서 역할한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사람의 소변 방울(droplet)이 배터리에 첨가될 때, 소변은 Mg 층과 Cu 층 사이의 종이를 적신다. 전기를 생성하기 위해 화학물질들이 분해되고 반응한다. 소변이 요산과 같은 소량의 다른 전해질 화학물질을 포함하더라도, 도 2에 도시된 바와 같이, CuCl은 이러한 배터리들에 전력을 발생시키기 위해 사용되는 주요 화학물질이다. 애노드(산화) 및 캐소드(환원)에서의 배터리에 대한 화학 반응은 각각 등식(1) 및 (2)로 표현된다:

Mg => Mg²⁺ + 2e^-

2CuCl + 2e^-=> 2Cu + 2Cl^-

전체 반응식은 아래와 같다.

Mg + 2CuCI => MgCl₂ + 2Cu

이러한 배터리의 이론상의 전압은, 애노드 및 캐소드 물질의 정함수(direct function)이다. 표준 포텐셜은 애노드 포텐셜과 캐소드 포텐셜의 합으로서 표준 전 극 포텐셜로부터 2.49 V로서 계산될 수 있다.

물 활성화형 종이 배터리

본 발명에 따라 물로 활성화될 수 있고, RFID 태그에 임베딩될 수 있는 배터리의 일례가 미국 특허 제5,395,707호에 기술된다. 이 특허는 환경적으로 안전한 배터리를 제공하는, 해양과 같은 환경에서 사용되기 위한 1차 비축전지, 특히 소노부이(sonobuoy)에서 유용한 1차 비축전지를 개시한다. 이 배터리는 종래의 염화납 배터리와 동등한 전압, 전류량, 및 작동 시간을 제공하기 위하여 한 어레이에 캐소드로서 아이오딘화구리(cuprous iodide)를 이용하고 애노드로서 마그네슘을 이용한다. 일단, 소노부이가 환경을 악화시켜 더 이상 유용하지 않게되면, 해양 내로 납이 공급되지 않을 것이다. 구조적 프레임 부재는 경성 어레이의 깨지기 쉬운 아이오딘화구리를 보호하고, 효율적인 배터리 작동을 보증하기 위하여 적당한 가스 분출 및 슬러지(sludge) 형성을 제공한다.

물과 같은 다른 유체에 의해 활성화되는 다른 종류의 배터리들은 문헌에서 찾을 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,185,143호에는, 금속/유기-할로겐(organo-halogen) 결합을 이용하는 물 활성화형 배터리가 개시되는데, 이 배터리에서, 애노드와 캐소드는, 다공성 절연체와 공면인 부재로서 형성되는데, 이 다공성 절연체는 셀을 통한 전해질 접근을 허용하기 위한 채널들 사이에 개재되어 있다. 채널들은 캐소드에서 커팅되거나 또는 캐소드는 전류 컬렉터 베이킹 플레이트 상에 증착된 캐소드 반응 물질의 별도의 부분으로서 형성될 수 있다.

건강관리 분야의 애플리케이션

본 발명은 건강관리 분야에서, 소수의 간병인들이 많은 수의 환자들 또는 아기들을 돌봐야만 하는 병원 또는 육아실에서 이용될 수 있다. 본 발명의 목적은 환자들에게 더 나은 보살핌을 제공하는 동시에 간병인들의 업무를 돕기 위한 것이다. 도 6에 도시된 특정 실시예에서, RFID 시스템은,

ㆍ 병실(602)에 위치한 사람의 기저귀에 배치된 복수의 소변 활성화형 RFID 태그(601). 도 8은 도 1 및 도 2에서 이미 기술된 소변 활성화형 배터리(801)에 접속된 RFID 회로(800)를 포함하는 소변 활성화형 RFID 태그의 일례를 보여준다. RFID 회로는 다이폴 안테나(802), 전자 칩(803), 및 소변 활성화형 배터리(804)로의 접속부를 포함한다;

ㆍ 적어도 하나의 RFID 리더기(603). RFID 리더기는 병실(602) 내에 (또는 병실과 멀리 떨어져 있지 않은 제어실(604)에) 위치한다. 리더기의 역할은 소변(607)의 존재시 능동 태그로서 동작하는 RFID 태그(606)에 의해 송신된 정보(605)를 검출하고, 상기 정보를 원격 제어실(604)에 있는 처리 수단(608)에 (바람직하게는 무선 통신 수단을 이용하여) 송신하는(610) 것이다;

ㆍ 원격 제어실(604)에 위치한 처리 수단(608); 및

ㆍ 선택적으로, 처리 수단(608)에 접속된 디스플레이 시스템(609)을 포함한다.

이 시스템의 목적은, 환자(또는 산부인과 병원의 경우 아기)가 그/그녀의 속 옷/기저귀가 젖었음을 간병인에게 알려주는 것이다. RFID 시스템은 환자를 식별하고 환자의 위치를 찾는다. 공립 병원(또는 산부인과 병원)에서, 한 명의 간호사가 공통의 방을 공유하거나 또는 다른 방, 때때로 다른 층에서 접대받는 여러명의 환자들(또는 아기들)을 돌보기 때문에, 소변의 존재가 검출 될 때, RFID 태그가 원격 사이트에 경보를 전송할 수 있도록 활성화되는 것이 필수적이다.

기저귀에 태그를 부착하는 방법

제1 단계에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소변 활성화형 RFID 태그는 실금을 검출하기 위하여 아기들, 노인들, 또는 환자들의 기저귀/속옷에 삽입된다(301). 속옷/기저귀가 사람에게 할당될 때, 간호사는 우선, RFID 태그의 ID를 사람 및 위치에 연관시키기 위하여 속옷/기저귀에 부착된 RFID 태그의 ID를 핸드헬드 RFID 리더기를 이용하여 판독한다(302). RFID 태그 ID 및 연관된 사람의 이름 및 위치는 표(400)에 기록되고(303) 저장된다(304). 따라서, 시스템은 나중에, 이 ID가 제어 센터의 RFID 리더기에 의해 판독될 때, 이 ID와 연관된 환자/아기의 이름 및 위치를 그 표로부터 검색할 수 있다.

소변을 검출하는 방법

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 태그는 우선 사람(아기 또는 실금하는 사람)의 속옷/기저귀에 삽입된다. 속옷/기저귀가 건조한 상태에 있는 한, RFID 태그는 작동되지 않으며 수동 RFID 태그로서 동작한다. 알람 신호는 전송될 수 없 다. 그러나, RFID 태그는 속옷/기저귀를 착용한 사람을 식별하기 위해 판독될 수 있다. 기저귀/속옷 내의 소변 활성화형 RFID 태그에 의해 생물학적 유체가 검출될 때, 태그는 전력이 공급되기 시작하고 활성화된다. 태그는 정보(적어도 태그의 ID뿐만 아니라 특정 실시예에서는 태그의 위치)를 보내기 시작한다. RFID 리더기는 이 정보를 수신하고 그것을 중앙 모니터실의 대시보드 상에 디스플레이하는 제어 센터로 전송한다. 수신된 ID에 기초한 검색 덕분에, 환자/아기의 이름 및 위치, 그리고 잠재적으로 (질병, 고통의 정도 등과 같은)다른 의학적 정보가 표로부터 검색될 수 있고, 적당한 행동이 취해질 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 소변을 검출하는 방법은,

ㆍ 단계 501: 사람이 속옷/기저귀에 소변을 배설할 때, 소변은 RFID 태그를 작동시키는데 필요한 전력을 생성하는 소변 활성화형 배터리에 전기 화학 반응을 일으킨다.

ㆍ 단계 502: RFID 태그에 전력이 공급되자 마자, RFID 태그는 능동 RFID 태그로서 작동하고, 알람 신호를 보내기 시작하는데, 상기 알람 신호는 RFID 태그 식별자(ID)를 포함한다.

ㆍ 단계 503: 신호는 RFID 리더기에 의해 검출된다.

ㆍ 단계 504: 바람직한 실시예에서, 수신된 RFID 태그 식별자(ID)와 연관된 이름, 위치, 그리고 또한 추가의 정보는 앞서 생성된 표로부터 검색된다.

ㆍ 단계 505: 선택적으로, 알람, 그리고 또한 사람에 관한 정보(이름, 위치, 및 기타 정보)는 중앙 모니터실의 대시보드(또는 임의의 다른 디스플레이) 상에 디 스플레이된다.

ㆍ 단계 506: 그 사람의 이름 및 위치를 알고 있는 의료진은 적당한 행동을 취할 수 있다.

다양한 프로세서들은,

ㆍ 사람이 자다가 깨어났을 때;

ㆍ (아이가 집에 있다면) 부모에게, 또는 (아기가 산부인과 병원에 있거나 또는 사람이 병원에 있다면) 간호진에게 경보가 전송된다;

ㆍ 기타 등등의 상황에서 트리거될 수 있다.

물의 누수를 검출하는 방법

본 발명은 또한, 빌딩, 댐, 보트, 탱크, 지반, 또는 그 밖의 곳에서 물의 누수 위치를 찾는데 이용될 수 있다. 이러한 특정 애플리케이션에서, 본 발명의 목적은, 더 나은 진단을 전달하면서 동시에, 유지보수의 책임이 있는 사람의 작업을 돕는 것이다. 이러한 대체 실시예에서, RFID 유체 센서 태그는 구조물 또는 물체 상에 접착제로 부착된다. 도 7에 도시된 바와 같이, RFID 시스템은,

ㆍ 구조물(702)의 상이한 장소들에 배치된 복수의 태그(701)들

ㆍ 적어도 하나의 RFID 리더기(703)로서, 이 RFID 리더기는 구조물(또는 그 구조물과 멀리 떨어져있지 않은 제어실(704))에 위치된다. RFID 리더기의 역할은 물(707)의 존재시 능동 태그로서 동작하는 RFID 태그(706)에 의해 송신된 정보(705)를 검출하고, 이 정보를 처리 수단(708)에 (바람직하게는 무선 통신 수단을 이용하여) 송신하는(710) 것이다;

ㆍ 원격 제어실(704)에 위치한 처리 수단(708); 및

ㆍ 선택적으로, 처리 수단(708)에 접속된 디스플레이 시스템(709)을 포함한다.

RFID 시스템은 누수를 식별하고 그 위치를 찾아, 이 누수가 어떻게 전개되는지를 판단한다. 예컨대 폭우 동안에, 누수가 나타나자 마자, 물을 검출하는 제1 RFID 태그는 누수 지역을 찾는다. 액체를 검출하는 제2, 제3, 및 다른 RFID 태그들은 액체가 흐르는 길에 대한 적절한 이해를 제공할 것이다. 특히, 정보를 상호연관 시킴으로써, 액체가 흐르는 속도를 판단하는 것이 가능하다.

구조물이 완전히 범람될 때, 유지보수를 책임지는 사람이 누수가 시작되는 지점을 찾는 것은 종종 불가능하다. 주기적 또는 재발하는 누수 또는 범람의 경우, 누수가 (예컨대 빌딩의 구조물 상에, 벽에, 또는 지붕 위에서) 나타나기 전에 RFID 태그들이 올바르게 배치되어 있다면, RFID 태그에 의한 연속적인 검출 분석은 누수의 쉬운 위치 검출을 허용한다. 물이 존재가 검출될 때, 경보가 신속히 원격 사이트에 전송될 수 있도록 RFID 태그가 활성화되는 것은 필수적이다.

본 발명에 따라, 물의 누수를 검출하기 위해, 한 세트의 RFID 유체 센서 태그가 구조물에-심지어 숨겨진 위치에 배치된다. 이 분야의 엔지니어는 우선, 각각의 RFID 태그의 ID를 그 특정 위치와 연관시키기 위하여, 핸드헬드 RFID 태그 리더기를 이용해 각각의 특정 위치에 부착된 각각의 RFID 태그의 식별자(ID)를 판독한다. 따라서, 시스템은 나중에, ID가 제어 센터의 RFID 리더기에 의해 판독될 때, 각각의 ID와 연관된 특정 위치를 표 또는 맵으로 판단할 수 있다.

유체 활성화형 RFID 태그에 의해 유체가 검출될 때, 태그는 전력 공급을 시작하여 활성화된다. 태그는 정보(적어도 태그의 ID뿐만 아니라 특정 실시예에서는 태그의 위치)를 보내기 시작한다. RFID 리더기는 정보를 수신하여 그 정보를 중앙 모니터실의 대시보드 상에 디스플레이하는 제어 센터로 전송한다. 수신된 ID에 기초한 검색 덕분에, 위치가 표로부터 검색되고 적당한 행동이 취해질 수 있다.

빌딩의 물 검출 방법

제1 단계에서, 특정 RFID 식별자(ID) 코드를 갖는 RFID 태그가 구조물의 각각의 위치와 연관된다. 태그의 초기 상태에서, RFID 태그는 배터리에 의해 전력을 공급받지 않고 활동 상태가 아니다. RFID 태그는 오직 매우 짧은 거리에 있는 헨드헬드 리더기에 의해서만 판독될 수 있다.

제2 단계에서, 구조물(콘크리트 벽, 나무 지붕 골조, 탱크, 보트, 지반 등) 상에 유체가 존재할 때, 배터리는 전력을 생성하기 시작한다. 일단 전력이 공급되면, RFID 태그는 활성화되어 중앙 집중 시스템(먼 거리의 RFID 태그 리더기)에 경보를 전송할 수 있다. RFID 태그의 수신된 ID 및 위치에 기초하여 식별하는 중앙 보드에 정보가 전달되며, 정보는 이 특정 구조물에 관한 상황을 유지보수 직원에게 알려준다.

RFID 태그는 빌딩 내의 각각의 의심되는 장소에 배치된다. 의심되는 장소가 건조한 한, RFID 태그는 작동하지 않고 수동 RFID 태그로서 동작한다. 알람 신호는 전송될 수 없다. 그러나, RFID 태그는 빌딩의 의심되는 장소들의 정확환 위치를 식별하기 위하여 판독될 수 있다.

빌딩(또는 다른 구조물)의 물 검출 방법은,

ㆍ 누수가 나타날 때, 물은 RFID 태그를 작동시키는데 필요한 전력을 생성하는 물 활성화형 배터리에 전기 화학 반응을 일으킨다. 물을 검출하는 각각의 RFID 태그는 능동 RFID 태그로서 동작하고 알람 신호를 보내기 시작한다.

ㆍ RFID 리더기에 의해 신호가 검출된다.

ㆍ 위치, 그리고 또한, 수신된 RFID 태그 식별자(ID)에 연관된 추가 정보가 이전에 만들어진 표로부터 검색된다.

ㆍ 선택적으로, 알람, 그리고 또한, RFID 태그의 위치에 관한 추가 정보가 중앙 모니터실의 대시보드(또는 임의의 다른 디스플레이) 상에 디스플레이된다.

ㆍ 다양한 프로세스들은,

ㆍ 방출 시간이 기록된다;

ㆍ 유지보수 센터에 경보가 전송된다;

ㆍ 기타 등등의 상황에서 트리거될 수 있다.

ㆍ RFID 태그로부터의 연속적인 신호의 수신을 이용하여 물의 속도, 물의 양, 물의 높이 등과 같은 다양한 파라미터들을 측정할 수 있다. 특히, 적당한 행동을 취하기 위하여 상기 RFID 태그와 연관된 정보가 상호연관될 수 있다.

이점들

본 발명의 이점들 중 일부가 이제 이후부터 열거된다:

ㆍ RFID 시스템은 자발적이다: 먼 거리에서 작동하기 위해 별도의 전원(배터리)를 요구하는 모든 다른 "능동" RFID 태그와는 달리, 본 발명에 따른 RFID 유체 센서 태그의 RFID 부분은, 능동 태그로서 동작하기 위하여 연관된 유체 센서로부터 자신의 에너지를 끌어온다. 전원은 "요구시" 필요할 때에 동적으로 생성된다. 센서에 의해 유체가 검출되지 않을 때, 유체 활성화형 RFID 태그는 여전히 작동한다. 그 다음, RFID 태그는 수동 태그로서 동작하고 단거리에서 통신할 수 있다.

ㆍ RFID 시스템은 무선이다: RFID 유체 센서 태그와 리더기 간의 통신은 무선이다. 태그 홀더와 리더기 간에 배선이 요구되지 않아, 시스템을 사용하기에 매우 실용적으로 만든다.

ㆍ RFID 시스템은 안전하다: RFID 태그를 활성화되게 만들기 위해 고전압 전력(아웃렛)이 사용되지 않고 배터리가 임베딩되지 않기 때문에 시스템은 안전하다. 단시간(리더기에 ID를 전송하는데 필요한 시간) 동안 RFID 태그를 활성화되게 만드는데에는 저전력(통상적으로 2볼트 미만)이 요구된다.

ㆍ RFID 시스템은 실시간으로 유체를 모니터링 한다: 경보는 즉시 발생한다: 유체의 등장과 경보 송신 사이의 지연은 가상적으로는 없다. 이는 실시간 모니터링 센서이다.

ㆍ RFID 시스템은 저렴하다: 유체 활성화형 배터리 및 RFID 태그는 저렴하고 구축하기 쉽다. 이들은 일회용일 수 있다.

ㆍ RFID 시스템은 장거리-멀티 포인트 작동을 허용한다: 시스템은 능동 RFID 태그로서 동작한다. 유체 활성화형 RFID 태그는 자신의 ID를 수십 미터 떨어진 곳에 위치한 리더기에 전송할 수 있다. 리더기는 많은 태그들로부터의 경보들을 수신할 수 있다. 동일한 방에 많은 아이들이 함께 있는 육아실에서, 시스템은 어느 아이가 돌봐야할 필요가 있는지를 식별해줄 수 있다.

본 발명이 특히 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 형태 및 상세한 부분에서의 다양한 변화들이 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims

유체의 존재를 모니터링하기 위한 무선 주파수 식별자(RFID) 태그에 있어서,

유체의 부재시 수동 RFID 태그로서 동작함으로써, 태그 안에 유지되는 정보가 인접한 RFID 리더기에 의해 판독될 수 있는 것인, 수동 RFID 태그로서 동작하는 수단; 및

유체의 존재시 원격 RFID 리더기에 정보를 송신할 수 있는 자가 전력 공급형 능동 태그로서 동작하는 수단을 포함하고,

상기 RFID 태그는, 유체의 존재시 상기 RFID 태그에 공급하기 위해 전력을 제공할 수 있는 유체 활성화형 배터리를 포함하는 것인, RFID 태그.
제1항에 있어서,

상기 정보는, RFID 식별자와 더불어, 위치, 구조물, 개인, 및 물체 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함하는 것인, RFID 태그.
제1항에 있어서, 상기 RFID 태그가 수동 RFID 태그로서 동작할 때 판독될 수 있는 정보는, 상기 RFID 태그가 능동 RFID 태그로서 동작할 때 송신된 정보와 상이한 것인, RFID 태그.
제1항에 있어서, 상기 유체 활성화형 배터리는 소변 활성화형 배터리인 것인, RFID 태그.
제1항에 있어서, 상기 RFID 태그는, 소변의 존재를 모니터링하는데 이용되고 기저귀에 부착되는 것인, RFID 태그.
제1항에 있어서, 상기 유체 활성화형 배터리는 물 활성화형 배터리인 것인, RFID 태그.
제1항에 있어서, 상기 RFID 태그는 구조물 내의 물 누수의 존재를 모니터링하는데 이용되는 것인, RFID 태그.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 RFID 태그를, 지리적으로 분산된 복수의 물체들 또는 개인들에 부착하는 방법에 있어서,

각각의 물체 또는 개인과 RFID 태그를 연관시키는 단계로서, 상기 물체들 또는 개인들은, 능동 RFID 태그로서 동작하는 각각의 RFID 태그에 의해 송신된 정보가 원격 RFID 리더기에 의해 판독될 수 있도록 지리적으로 배치되는 것인, RFID 태그를 연관시키는 단계;

수동 RFID 태그로서 동작하는 각각의 RFID 태그와 연관된 식별자를 인접 RFID 리더기에 의해 판독하고, 각각의 RFID 식별자를 표에 기록하는 단계;

상기 표에 기록된 각각의 RFID 식별자를, 상기 연관된 물체 또는 개인과 관 련된 추가 정보와 연관시키는 단계

를 포함하는 태그 부착 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 RFID 태그를 포함하는 기저귀.