信息型智能包装技术应用分析

　　纸引未来网讯  智能包装指人们通过创新思维，在包装中融入新技术，使其既具有包装的基本功能，又有一些特殊性能。这些包装的特殊性可满足商品的特殊要求及环境条件，它涉及多种学科技术，例如计算机、微电子、材料、化学、人工智能和微生物技术等。
 

　　智能包装大致分为功能结构型、功能材料型和信息型3类。信息型智能包装技术主要是以反映包装内容物及其内在品质和运输、销售过程信息为主的新型技术。信息型智能包装又称为电子信息组合包装，一般由记录信息的电子芯片、软件和条形码组成，是最有发展活力和前景的包装技术之一。
 

　　当前，此类信息型智能包装从一维码、二维码识别技术，发展到多维码、RFID、NFC、EPC技术，正向高级智能包装阶段迈进，广泛应用到产品溯源、智能物流、智慧仓储、票证防伪、人员管理、移动支付等生活的全方位，呈逐年上升趋势，如图1所示。

图1 2014 ～2025年智能标签预测图

　　RFID、NFC和EPC

　　射频识别技术应用

　　1.RFID技术应用

　　RFID即无线射频识别，俗称电子标签。它是一种通过无线电波实现非接触的资料存取技术，此技术利用无线通讯结合资料存取技术，连结背后的资料库系统，形成一个庞大且串连在一起的系统。
 

　　按照能量供给方式的不同，RFID标签分为有源、无源和半有源3种;按照工作频率的不同，RFID标签分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)的标签。当前国际上RFID应用以LF和HF标签产品为主;UHF标签已被规模生产，由于其具有可远距离识别和低成本制造的优势，有望在未来几年内成为主流;MW标签只在部分国家得到应用。
 

　　我国HF芯片已实现产业化，UHF芯片也已经完成开发。从技术应用上分析，RFID标签正从单芯片电子标签向多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID方向发展。RFID更多地被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，具体应用实例如下：
 

　　①RFID标签逐步从芯片型向无芯片型方向发展，无芯RFID标签指的是不含有硅芯片的射频识别标签。由于硅芯片价格昂贵，即使不考虑硅芯片的花费，其安装费用就相当于所使用的条形码费用的95%。而无芯标签的主要优势是能以很低的成本直接印在产品和包装上，因此在特定的应用领域很有前途。例如空运包裹、动物、住院或者受监护的人员等。
 

　　②新型材料取代传统的RFID。例如石墨烯材料制成的电子标签，传统电子标签一般以金属铝为原料，制造工艺不环保、使用寿命短。而由石墨烯材料制成的电子标签，只需在普通白纸上直接印刷，制成的标签不仅性能更优，寿命也长(约是铝制材料的3倍)，接收信号的距离更长，而且节能环保、质地柔软，可直接粘贴在衣服等软性材料上。目前已实现石墨烯射频标签的产业化，例如由安德烈o海姆研发制造的石墨烯电子标签及射频天线于2017年10月在南京鼎腾石墨烯研究院有限公司实现了规模化生产。

图2 石墨烯电子标签
 

　　2.NFC技术应用

　　NFC(Near Field Communication)，即近距离无线通讯技术。它是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC技术支持多种应用，包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。其具体特点有：NFC采取了独特的信号衰减技术，它具有距离近(NFC传输范围比RFID小)、带宽高、能耗低的特点;NFC与现有非接触智能卡技术兼容，已经逐渐成为越来越多主要厂商支持的正式标准;NFC是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信，NFC在公交、门禁、手机支付等领域内发挥着重要作用，如付款、电子票证、交换和传输数据等。
 

　　现在很多手机内置NFC芯片，可以用来支付，也可以用作数据交换与采集。例如华为、中兴、小米等有多款NFC手机，如图3所示手机界面，开启NFC后，然后将两台设备距离保持在10cm以内。系统就会开始连接，再点击要发送的东西就可以发送到对方的设备，还可以查询地铁、公交卡余额等。

图3 带有NFC功能的手机
 

　　3.EPC技术应用

　　EPC(Electronic Product Code)，即产品电子码技术，其载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。EPC旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。
 

　　EPC标签是由一个比1/5大米粒还小的电子芯片和一个软天线组成，电子标签像纸一样薄，可以做成邮票大小，或者更小，它可以在1～6米的距离让读写器探测到。EPC电子标签的特点是全球统一标准，价格也很便宜，与互联网信息互通。
 

　　高级信息型智能

　　包装技术应用

　　随着科技的不断发展与进步，各种高新技术：微电子、工业机器人、图像传感技术和新材料等在信息型智能包装上综合应用，已研发出多种高级信息型智能包装技术。具体实例如下：
 

　　1.柔性纸电池作电源的RFID标签

　　无源、有源和半有源电子标签各有不足，例如无源RFID标签无需电源，无寿命限制，但读取距离近;有源RFID标签内置电池，但电池的使用寿命有限，读取距离远，成本高;半有源电子标签内置电池但电池的使用寿命有限，读取距离近，成本介于有源和无源之间。当前市场已出现柔性纸电池作电源的RFID标签。由于纸电池的厚度约0.6mm，形状大小可按需定制，环保性好，容易与RFID标签集成等优良特性，所以在超薄或小型柔性标签上优势大于传统电池。随着印刷电子工业在我国的快速发展，纸电池的价格优势尤为突出，可供使用的领域将大大增加。
 

　　2.RFID结合传感器标签

　　结合RFID和传感技术的新型智能RFID已在市场出现，带有智能传感器的RFID，是无线传感网络的重要组成部分。当前有两种RFID传感器标签体系：一种RFID标签集成传统电池支持的传感器于硅芯片上并带有模/数转换器;这种技术适合多种传感器，但标签尺寸大、成本高，并且寿命受限于电池容量。另一种是将传感器集成于标签天线上，标签尺寸和成本下降，但如何设计这样的传感器元件是难题。例如以柔性纸电池为电源--温感标签已诞生，它是一种可以全程实时记录温度的软性电子标签。
 

　　3.AR技术的应用

　　AR(增强现实)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。
 

　　此技术在信息型智能包装应用中逐步发展，可将传统图像识别技术与可变信息(条码技术)相结合，实现AR信息可变的智能标签，改变传统标签单向、单点式的信息设计模式，基于大数据平台，利用数据挖掘和分析技术，建立产品最终用户与生产企业之间的多向信息交互，实现物流追溯、多维互动、个性化服务、精准营销和智能防伪等。
 

　　例如，DHL的Vision Picking拣货系统使用了AR技术来帮助仓储拣货员高效地进行拣货。借助此技术，拣货员通过谷歌眼镜的室内导航快速到达待检货物的位置，并通过谷歌眼镜扫描货物的条形码，可查看货物应该放置的位置，同时更新仓储的货物数量，如图4所示。

图4 Vision Pickinig (右上角标注了货物放置的位置和数量)
 

　　结语

　　当前，智能包装在包装领域将面临巨大的市场和发展机遇，作为智能包装之一的信息型智能包装，由于它以计算机和通信技术为核心，在信息时代更具有广阔的发展前景。