ที่มา/ความสำคัญของปัญหา

อาร์เอฟไอดีหรือการระบุลักษณะด้วยคลื่นความถี่วิทยุ เป็นเทคโนโลยีการระบุข้อมูลที่แสดงเอกลักษณ์ของวัตถุหรือบุคคลด้วยคลื่นความ ถี่วิทยุ [1] ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานต่างๆอย่างหลากหลาย อาทิเช่น ระบบlogistic การเกษตร อุตสาหกรรม ซึ่งย่านความถี่ที่จะถูกนำไปประยุกต์ใช้นั้นขึ้นกับลักษณะการใช้งาน วัตถุที่นำไปติด รวมถึงระยะห่างระหว่างป้ายอาร์เอฟไอดีกับเครื่องอ่านอาร์เอฟไอดีที่ต้องการ ให้สามารถอ่านเขียนข้อมูลได้ โดยในย่านความถี่สูงยิ่งนั้นให้ค่าระยะอ่านที่มาก เนื่องจากเป็นย่านที่ใช้การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างป้ายอาร์เอฟไอดีและ เครื่องอ่านอาร์เอฟไอดี [2] เมื่อเทียบกันย่านความถี่ต่ำและสูง ซึ่งใช้การเหนี่ยวนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อาร์เอฟไอดีถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานต่างๆอย่างหลากหลาย ดังเช่น ในระบบlogistic นิยมนำtagไปติดกับสินค้าหรือกล่องบรรจุสินค้า แล้วใช้เครื่องอ่านอาร์เอฟไอดีอ่านป้ายอาร์เอฟไอดีที่เคลื่อนที่ผ่าน ซึ่งต้องใช้อาร์เอฟไอดีในย่านความถี่สูงยิ่งเพื่อให้สามารถอ่านป้ายอาร์เอ ฟไอดีได้จากระยะไกล และได้ทีละหลายๆป้ายพร้อมกัน

การใช้ป้ายอาร์เอฟไอดีจำนวนมากในระบบ ราคาของป้ายอาร์เอฟไอดีจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาและประยุกต์ใช้งานระบบ อาร์เอฟไอดี ซึ่งป้ายอาร์เอฟไอดีที่ผลิตโดยการพิมพ์สายอากาศด้วยหมึกนำไฟฟ้า จะสามารถช่วยลดต้นทุนให้ต่ำกว่าป้ายอาร์เอฟไอดีที่ผลิตโดยการกัดเซาะตัวนำ ไฟฟ้าที่ฉาบเคลือบอยู่บนวัสดุฐานรองเป็นรูปร่างสายอากาศที่ต้องการ เทคโนโลยีการพิมพ์สายอากาศป้ายอาร์เอฟไอดีด้วยหมึกนำไฟฟ้ากำลังเป็นที่สนใจ อย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถช่วยลดต้นทุนในการผลิตป้ายอาร์เอฟไอดีได้ โดยการพิมพ์สายอากาศด้วยหมึกนำไฟฟ้านั้นมีหลายวิธีด้วยกัน ได้แก่ screen printing, gravure printing, flexographic printing, และ ink-jet printing ส่วนหมึกนำไฟฟ้าที่นิยมใช้นั้นมีทั้งหมึกที่มีส่วนผสมของทองแดงหรือเงิน แต่คุณสมบัติการนำไฟฟ้าของหมึกจะต่ำกว่าของวัสดุนำไฟฟ้าจำพวกทองแดงหรือเงิน ส่งผลให้ป้ายอาร์เอฟไอดีที่ได้มีประสิทธิภาพต่ำ หรือมีระยะการติดต่อสื่อสารระหว่างป้ายอาร์เอฟไอดีกับเครื่องอ่านอาร์เอฟไอ ดีที่สั้นลง ได้มีบทความทางวิชาการหลายบทความทำการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการพิมพ์และ คุณสมบัติหมึกนำไฟฟ้า โดย [3] ได้สรุปว่า สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของป้ายอาร์เอฟไอดีที่สายอากาศทำจากหมึกนำไฟฟ้าได้ ด้วยการเพิ่มความหนาของหมึกนำไฟฟ้าให้สูงกว่าค่า skin depth ของหมึกนำไฟฟ้า โดยทั่วไป หมึกนำไฟฟ้าเช่น silver inkจะมีค่าความนำไฟฟ้าที่ต่ำ มีค่า skin depth ถึง 13 μm ในขณะที่ตัวนำไฟฟ้าที่ดีเช่นทองแดง มีค่า skin depth เพียง 2 μm ที่ความถี่ 920 MHz ดังนั้น การเพิ่มความหนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของป้ายอาร์เอฟไอดีจะส่งผลให้ต้นทุน ของป้ายอาร์เอฟไอดีเพิ่มสูงขึ้นตามมา

ในบทความ [4] ในนำเสนอวิธีการลดการใช้หมึกนำไฟฟ้าโดยไม่ลดประสิทธิภาพของป้ายอาร์เอฟไอดี โดยทำการเพิ่มความหนาหมึกนำไฟฟ้าเฉพาะบริเวณที่มีความเข้มข้นของกระแสสูง ซึ่งได้แก่บริเวณใกล้จุดป้อนสัญญาณหรือจุดที่ติดกับ IC chip แต่เนื่องจากใน [4] ความยาวของบริเวณของสายอากาศส่วนที่ทำการเพิ่มความหนาถูกกำหนดไว้ที่ 1 ใน 3 ของความยาวรวมทั้งหมด จากการศึกษาเพิ่มเติม [5] พบว่า ความยาวของส่วนที่เพิ่มความหนาไม่จำเป็นต้องยาวถึง 1 ใน 3 ของความยาวรวม การเพิ่มความหนาเพียงแค่ 1 ใน 10 ของความยาวรวมก็สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของสายอากาศป้ายอาร์เอฟไอดีได้ ดังนั้น การเพิ่มความหนาในบริเวณที่เหมาะสม ด้วยความยาวและความหนาที่เหมาะสม สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสายอากาศป้ายอาร์เอฟไอดีที่ทำการพิมพ์ด้วย หมึกนำไฟฟ้าให้มีค่าใกล้เคียงกับสายอากาศป้ายอาร์เอฟไอดีที่ทำด้วยทองแดงได้

แนวทางการแก้ปัญหา

จากปัญหาที่คณะวิจัยระบุข้างต้น ให้คณะวิจัยอธิบาย พร้อมเสนอแนวทางว่า ความรู้ด้าน Science & Technology ที่มีอยู่ หรือความรู้และผลงานที่จะได้รับจากโครงการที่เสนอขอรับทุนนี้ จะช่วยจะช่วยแก้ปัญหาดังกล่าวได้อย่างไร

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพป้ายอาร์เอฟไอดีที่พิมพ์ด้วยหมึกนำไฟฟ้า โดยไม่เพิ่มปริมาณของหมึกนำไฟฟ้าที่ใช้ จึงได้ทำการศึกษาวิจัยการเพิ่มความหนาของหมึกนำไฟฟ้าเฉพาะส่วนที่มีกระแสไหล มากบนสายอากาศ และลดความหนาของบริเวณอื่นๆ โดยที่ปริมาณของหมึกนำไฟฟ้าที่ใช้ยังคงเท่าเดิม เพื่อหาค่าขนาดและความหนาที่เหมาะสม ที่จะทำให้ได้ป้ายอาร์เอฟไอดีที่มีประสิทธิภาพและระยะอ่านที่สูงเทียบเท่า เงินหรือทองแดง โดยอาศัยเทคนิคการจำลองทางสนามแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนั้น การเพิ่มความหนาของหมึกนำไฟฟ้า ยังอาจทำได้ด้วยการปรับเปลี่ยนรูปแบบหรือpattern การพิมพ์ เพื่อให้เกิดความแตกต่างของปริมาตรของหมึกนำไฟฟ้าในบริเวณต่างๆ โดยไม่ต้องพิมพ์ซ้ำเหมือนการเพิ่มความหนา เพื่อลดขั้นตอนการผลิต โดยป้ายอาร์เอฟไอดีที่ได้จากการพิมพ์ด้วยหมึกนำไฟฟ้าเหล่านี้ ต้องมีประสิทธิภาพในการใช้งานจริงเทียบเท่าป้ายอาร์เอฟไอดีที่ทำจากตัวนำ ไฟฟ้าชั้นดีเช่นเงินหรือทองแดง เมื่อใช้สายอากาศและชิปอาร์เอฟไอดีแบบเดียวกัน อีกทั้งยังเป็นป้ายอาร์เอฟไอดีที่สามารถผลิตด้วยกระบวนการในภาคอุตสาหกรรม ได้โดยไม่เพิ่มขั้นตอนในกระบวนการผลิต สามารถนำไปใช้งานได้จริง และมีความเหมาะสมกับการใช้งาน

วัตถุประสงค์ของโครงการ

เพื่อ พัฒนาป้ายอาร์เอฟไอดีแบบพิมพ์ที่มีประสิทธิภาพสูง โดยการเพิ่มความหนาหรือปริมาตรของหมึกนำไฟฟ้าเฉพาะบริเวณที่มีกระแสไหลมาก ซึ่งสามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายในการพัฒนาและผลิตป้ายอาร์เอฟไอดีแบบพิมพ์ ประสิทธิภาพสูงได้

บท คัดย่อ

ณ ปัจจุบันเทคโนโลยีการระบุลักษณะด้วยคลื่นความถี่วิทยุ หรือ อาร์เอฟไอดี (RFID: Radio Frequency Identification) ได้เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นบัตรประจำตัวหรือบัตรผ่านเข้าออกต่างๆ หรือฉลากสินค้า รวมทั้งยังมีบทบาทในภาคเกษตรกรรม อุตสาหกรรม และพาณิชยกรรม เนื่องจากอาร์เอฟไอดีสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและช่วยลดต้นทุนการดำเนิน การ แต่เนื่องจากในประเทศไทยอาร์เอฟไอดียังเป็นเทคโนโลยีใหม่ ยังขาดแคลนผู้เชี่ยวชาญทางด้านฮาร์ดแวร์ อันได้แก่ เครื่องอ่านอาร์เอฟไอดี (RFID reader) และแผ่นป้ายอาร์เอฟไอดี (RFID tag) อุปกรณ์ส่วนใหญ่จึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีการนำเข้าจากต่างประเทศ มีเพียงการพัฒนาระบบขึ้นเอง ซึ่งทำให้เสียค่าใช้จ่ายจำนวนมาก ที่ผ่านมา ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ ได้ประสบความสำเร็จในการวิจัยและพัฒนาไมโครชิป เครื่องอ่านอาร์เอฟไอดีทั้งย่านความถี่ HF และUHF รวมทั้งป้ายอาร์เอฟไอดีย่านความถี่ UHF ซึ่งป้ายอาร์เอฟไอดีที่พัฒนาขึ้นนั้นสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งาน ของป้ายอาร์เอฟไอดีในระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเปรียบเทียบกับป้ายอาร์ เอฟไอดีในท้องตลาด อาทิเช่น ป้ายอาร์เอฟไอดีสำหรับระบบติดตามและตรวจสอบย้อนกลับสัตว์ และป้ายอาร์เอฟไอดีสำหรับระบบติดตามผู้เข้าร่วมงาน แต่เนื่องจากในระบบอาร์เอฟไอดีย่านความถี่ UHF จะมีการใช้งานป้าย อาร์เอฟไอดีในระบบเป็นจำนวนมาก เพราะระบบมีจุดเด่นทางด้านระยะการสื่อสารระหว่างป้ายและเครื่องอ่านที่ไกล และสามารถสื่อสารได้พร้อมกันครั้งละหลายๆป้าย ดังนั้น ต้นทุนของป้ายอาร์เอฟไอดีจึงเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญของการพัฒนาระบบ

เพื่อเป็นการลดต้นทุนการผลิตป้ายอาร์เอฟไอดี เทคโนโลยีการพิมพ์จึงเป็นเทคโนโลยีที่กำลังถูกจับตามอง โดยทำการพิมพ์สายอากาศซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของป้ายอาร์เอฟไอดีด้วย หมึกนำไฟฟ้า ซึ่งการพิมพ์หมึกนำไฟฟ้านี้ จะพิมพ์หมึกลงไปเฉพาะบริเวณที่ต้องการเท่านั้น ต่างจากเทคโนโลยีเดิมซึ่งเป็นการนำแผ่นที่ถูกฉาบด้วยวัสดุนำไฟฟ้าไว้ ไปกัดด้วยสารเคมีเพื่อลบบริเวณที่ไม่ต้องการออก ซึ่งมีต้นทุนที่สูงเนื่องจากมีการสิ้นเปลืองวัสดุนำไฟฟ้าโดยเปล่าประโยชน์ นอกจากนั้น หมึกนำไฟฟ้าที่ใช้ยังมีต้นทุนที่ต่ำลง เนื่องจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของหมึกนำไฟฟ้าต่ำกว่าวัสดุนำไฟฟ้า เช่น ทองแดงหรือเงิน ส่งผลให้ป้ายอาร์เอฟไอดีที่พิมพ์ด้วยหมึกนำไฟฟ้ามีประสิทธิภาพต่ำกว่าป้าย อาร์เอฟไอดีที่ผลิตด้วยวัสดุนำไฟฟ้าจำพวกทองแดงหรือเงิน ดังนั้น จึงเป็นที่มาของโครงการในการวิจัยและพัฒนาป้ายอาร์เอฟไอดีที่พิมพ์ด้วยหมึก นำไฟฟ้า ให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเทียบเท่าประสิทธิภาพของป้ายอาร์เอฟไอดีที่ผลิต ด้วยตัวนำไฟฟ้าชั้นดีเช่นทองแดงหรือเงิน โดยไม่เพิ่มปริมาณหมึกนำไฟฟ้าที่พิมพ์ลงบนสายอากาศ เพื่อช่วยควบคุมต้นทุนการผลิตป้ายอาร์เอฟไอดี

ระยะ เวลาดำเนินโครงการ : 1 มิถุนายน พ.ศ.2554 ถึง 22 พฤศจิกายน พ.ศ.2555

คณะผู้ วิจัย
หัวหน้าโครงการ :     นางสาวพรอนงค์ พงษ์ไพบูลย์
ผู้ร่วมวิจัย :     นางกุลประภา นาวานุเคราะห์, นายศิวรักษ์ ศิวโมกษธรรม, นายภัทรกร รัตนวรรณ์, นายรวีภัทร์ ผุดผ่อง, นายสวัสดิ์ซิตังค์ กาฬปักษ์, นายเมทนี กิจเจริญ, นางสาวกฤษณา สุริยศ, นายวีระยุทธ วัลย์ลดา, นายจุมพล จวนอาจ, นายไทยรัฐ ทรัพย์สังข์, นายวสันต์ จันทรโชติ