信息型智能包裝技術應用分析

　　紙引未來網訊  智能包裝指人們通過創新思維，在包裝中融入新技術，使其既具有包裝的基本功能，又有一些特殊性能。這些包裝的特殊性可滿足商品的特殊要求及環境條件，它涉及多種學科技術，例如計算機、微電子、材料、化學、人工智能和微生物技術等。
 

　　智能包裝大致分為功能結構型、功能材料型和信息型3類。信息型智能包裝技術主要是以反映包裝內容物及其內在品質和運輸、銷售過程信息為主的新型技術。信息型智能包裝又稱為電子信息組合包裝，一般由記錄信息的電子芯片、軟件和條形碼組成，是最有發展活力和前景的包裝技術之一。
 

　　當前，此類信息型智能包裝從一維碼、二維碼識別技術，發展到多維碼、RFID、NFC、EPC技術，正向高級智能包裝階段邁進，廣泛應用到產品溯源、智能物流、智慧倉儲、票證防偽、人員管理、移動支付等生活的全方位，呈逐年上升趨勢，如圖1所示。

圖1 2014 ～2025年智能標簽預測圖

　　RFID、NFC和EPC

　　射頻識別技術應用

　　1.RFID技術應用

　　RFID即無線射頻識別，俗稱電子標簽。它是一種通過無線電波實現非接觸的資料存取技術，此技術利用無線通訊結合資料存取技術，連結背后的資料庫系統，形成一個龐大且串連在一起的系統。
 

　　按照能量供給方式的不同，RFID標簽分為有源、無源和半有源3種;按照工作頻率的不同，RFID標簽分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波頻段(MW)的標簽。當前國際上RFID應用以LF和HF標簽產品為主;UHF標簽已被規模生產，由于其具有可遠距離識別和低成本制造的優勢，有望在未來幾年內成為主流;MW標簽只在部分國家得到應用。
 

　　我國HF芯片已實現產業化，UHF芯片也已經完成開發。從技術應用上分析，RFID標簽正從單芯片電子標簽向多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的RFID方向發展。RFID更多地被應用在生產、物流、跟蹤、資產管理上，具體應用實例如下：
 

　　①RFID標簽逐步從芯片型向無芯片型方向發展，無芯RFID標簽指的是不含有硅芯片的射頻識別標簽。由于硅芯片價格昂貴，即使不考慮硅芯片的花費，其安裝費用就相當于所使用的條形碼費用的95%。而無芯標簽的主要優勢是能以很低的成本直接印在產品和包裝上，因此在特定的應用領域很有前途。例如空運包裹、動物、住院或者受監護的人員等。
 

　　②新型材料取代傳統的RFID。例如石墨烯材料制成的電子標簽，傳統電子標簽一般以金屬鋁為原料，制造工藝不環保、使用壽命短。而由石墨烯材料制成的電子標簽，只需在普通白紙上直接印刷，制成的標簽不僅性能更優，壽命也長(約是鋁制材料的3倍)，接收信號的距離更長，而且節能環保、質地柔軟，可直接粘貼在衣服等軟性材料上。目前已實現石墨烯射頻標簽的產業化，例如由安德烈o海姆研發制造的石墨烯電子標簽及射頻天線于2017年10月在南京鼎騰石墨烯研究院有限公司實現了規模化生產。

圖2 石墨烯電子標簽
 

　　2.NFC技術應用

　　NFC(Near Field Communication)，即近距離無線通訊技術。它是一種非接觸式識別和互聯技術，可以在移動設備、消費類電子產品、PC和智能控件工具間進行近距離無線通信。NFC技術支持多種應用，包括移動支付與交易、對等式通信及移動中信息訪問等。其具體特點有：NFC采取了獨特的信號衰減技術，它具有距離近(NFC傳輸范圍比RFID小)、帶寬高、能耗低的特點;NFC與現有非接觸智能卡技術兼容，已經逐漸成為越來越多主要廠商支持的正式標準;NFC是一種近距離連接協議，提供各種設備間輕松、安全、迅速而自動的通信，NFC在公交、門禁、手機支付等領域內發揮著重要作用，如付款、電子票證、交換和傳輸數據等。
 

　　現在很多手機內置NFC芯片，可以用來支付，也可以用作數據交換與采集。例如華為、中興、小米等有多款NFC手機，如圖3所示手機界面，開啟NFC后，然后將兩臺設備距離保持在10cm以內。系統就會開始連接，再點擊要發送的東西就可以發送到對方的設備，還可以查詢地鐵、公交卡余額等。

圖3 帶有NFC功能的手機
 

　　3.EPC技術應用

　　EPC(Electronic Product Code)，即產品電子碼技術，其載體是RFID電子標簽，并借助互聯網來實現信息的傳遞。EPC旨在為每一件單品建立全球的、開放的標識標準，實現全球范圍內對單件產品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應鏈管理水平、降低物流成本。
 

　　EPC標簽是由一個比1/5大米粒還小的電子芯片和一個軟天線組成，電子標簽像紙一樣薄，可以做成郵票大小，或者更小，它可以在1～6米的距離讓讀寫器探測到。EPC電子標簽的特點是全球統一標準，價格也很便宜，與互聯網信息互通。
 

　　高級信息型智能

　　包裝技術應用

　　隨著科技的不斷發展與進步，各種高新技術：微電子、工業機器人、圖像傳感技術和新材料等在信息型智能包裝上綜合應用，已研發出多種高級信息型智能包裝技術。具體實例如下：
 

　　1.柔性紙電池作電源的RFID標簽

　　無源、有源和半有源電子標簽各有不足，例如無源RFID標簽無需電源，無壽命限制，但讀取距離近;有源RFID標簽內置電池，但電池的使用壽命有限，讀取距離遠，成本高;半有源電子標簽內置電池但電池的使用壽命有限，讀取距離近，成本介于有源和無源之間。當前市場已出現柔性紙電池作電源的RFID標簽。由于紙電池的厚度約0.6mm，形狀大小可按需定制，環保性好，容易與RFID標簽集成等優良特性，所以在超薄或小型柔性標簽上優勢大于傳統電池。隨著印刷電子工業在我國的快速發展，紙電池的價格優勢尤為突出，可供使用的領域將大大增加。
 

　　2.RFID結合傳感器標簽

　　結合RFID和傳感技術的新型智能RFID已在市場出現，帶有智能傳感器的RFID，是無線傳感網絡的重要組成部分。當前有兩種RFID傳感器標簽體系：一種RFID標簽集成傳統電池支持的傳感器于硅芯片上并帶有模/數轉換器;這種技術適合多種傳感器，但標簽尺寸大、成本高，并且壽命受限于電池容量。另一種是將傳感器集成于標簽天線上，標簽尺寸和成本下降，但如何設計這樣的傳感器元件是難題。例如以柔性紙電池為電源--溫感標簽已誕生，它是一種可以全程實時記錄溫度的軟性電子標簽。
 

　　3.AR技術的應用

　　AR(增強現實)是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術。增強現實技術包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術與新手段。
 

　　此技術在信息型智能包裝應用中逐步發展，可將傳統圖像識別技術與可變信息(條碼技術)相結合，實現AR信息可變的智能標簽，改變傳統標簽單向、單點式的信息設計模式，基于大數據平臺，利用數據挖掘和分析技術，建立產品最終用戶與生產企業之間的多向信息交互，實現物流追溯、多維互動、個性化服務、精準營銷和智能防偽等。
 

　　例如，DHL的Vision Picking揀貨系統使用了AR技術來幫助倉儲揀貨員高效地進行揀貨。借助此技術，揀貨員通過谷歌眼鏡的室內導航快速到達待檢貨物的位置，并通過谷歌眼鏡掃描貨物的條形碼，可查看貨物應該放置的位置，同時更新倉儲的貨物數量，如圖4所示。

圖4 Vision Pickinig (右上角標注了貨物放置的位置和數量)
 

　　結語

　　當前，智能包裝在包裝領域將面臨巨大的市場和發展機遇，作為智能包裝之一的信息型智能包裝，由于它以計算機和通信技術為核心，在信息時代更具有廣闊的發展前景。