Wegweisende Innovation mit neuen kapazitiven Sensor-ICs

Vor wenigen Monaten hat das japanische Unternehmen E-Garde mit Sitz in Tokio eine neue Produktgruppe auf den Markt gebracht: kapazitive Sensor-Tags. Diese RFID-Tags können Temperatur, Feuchtigkeit und Druck messen.

Weitere Produktentwicklungen umfassen individualisierte Tags, darunter RFID-Sensortags, Dualfrequenz-Tags, RFID-Hardtags und RFID-Datenlogger. RFID-Smartcards, Schlüsselanhänger und Armbänder gehören ebenfalls zum Produktportfolio.

Alle Produkte sind in den Frequenzbändern LF, HF und UHF erhältlich.

Interview mit CEO Etsuro Inamoto

Innovative Produktentwicklungen in Japan

E-Garde hat sein Produktangebot seit 2007 erweitert.

CEO Etsuro Inamoto spricht in einem Interview mit RFID & Wireless IoT Global über die innovativen Entwicklungen des Portfolios.

Inspiriert vom Potenzial der RFID-Technologie gründete Etsuro Inamoto 2007 das Unternehmen E-Garde. Das Unternehmen beschäftigt 50 Mitarbeiter und hat seinen Sitz in Nihonbashi, Tokio. E-Garde liefert eine breite Palette von RFID-Produkten an Kunden aus verschiedenen Branchen weltweit, von denen sich viele auf Zugangskontrollanwendungen konzentrieren. Ziel ist es, das Portfolio auf das Internet der Dinge mit Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) auszuweiten. Alle Produkte werden in Japan und China montiert. Die Teile werden aus Japan, China und Europa geliefert.

„Nach dem Tōhoku-Erdbeben und der daraus resultierenden Atomkatastrophe im Jahr 2011 haben wir erkannt, wie wichtig es ist, unser Geschäft im Ausland auszubauen. Jetzt bedienen wir Kunden weltweit.“

Etsuro Inamoto – CEO , E-Garde

Interview

1. Herr Inamoto, 2007 haben Sie E-Garde gegründet. Damals stellte das Unternehmen ausschließlich Smartcards her. Auf welche herausragenden Ereignisse oder Meilensteine können Sie in der 15-jährigen Geschichte des Unternehmens zurückblicken?

Inamoto: Seit 2007 sind wir stets aktiv in der Entwicklung innovativer Produkte tätig. Im Jahr 2010 haben wir unser Portfolio um Drucktechnologien erweitert. Zwischen 2012 und 2014 haben wir wichtige OEM-Partnerschaften in Hongkong und China geschlossen und die Produktion von Silikonprodukten und Kunststoffgehäusedesigns eingeführt.

Weitere Meilensteine sind ein 2015 erworbenes Patent für Dual-Tags und die Einführung des Armband-Tags „Que Bangle“ im Jahr 2016. Unsere ersten Smart-Paper-Karten wurden 2018 auf dem nordamerikanischen Markt verkauft. Im Jahr 2021 haben wir die biologisch abbaubare Papier-Smartcard entwickelt. Im Jahr 2022 haben wir mit der Produktion von Leiterplatten begonnen.

2. Können Sie das Produktportfolio kurz beschreiben?

Wir haben eine vielfältige Produktpalette. Wir produzieren Dual-Tags, Hard-Tags, RFID-Sensor-Tags und RFID-Datenlogger. Außerdem bieten wir multifunktionale Smart-Paper- und Holzkarten sowie eine Auswahl an RFID-Schlüsselkarten, Armbändern und Schlüsselanhängern an.

3. Welche Qualitätsmerkmale erfüllen die Produkte?

Unsere RFID-Produkte werden aus nachhaltigen, hochwertigen Materialien hergestellt. Alle produzierten Produkte sind nach den internationalen Normen ISO 9001, ISO 14001 und ISO 27001 zertifiziert und durchlaufen eine strenge Qualitätskontrolle. Wir halten uns an die Kundenspezifikationen sowie an in- und ausländische Gesetze und Vorschriften, um sicherzustellen, dass die von uns gelieferten Produkte den Kundenerwartungen entsprechen.

4. Welche innovativen neuen Entwicklungen hat E-Garde auf den Markt gebracht?

Wir haben kürzlich zwei neue Serien von Sensor-ICs auf den Markt gebracht. Die erste Serie umfasst neue Beschleunigungssensor-ICs, die die Datenübertragung von mehr als 100 Chips synchronisieren können. Die zweite Serie umfasst batterielose kapazitive Sensor-ICs, die Temperatur, Feuchtigkeit und Druck erfassen können. Diese eignen sich für Anwendungen zur Erkennung von Wasserstand, Belastung und Schraubenlockerung.

Die kapazitiven Sensor-ICs können eine minimale Auflösung von 0,1 pF und eine maximale Auflösung von 4.000 pF messen. Der Messbereich liegt zwischen 0,1 und 100 pF.

5. Mit welchen Entwicklungspartnern arbeitet E-Garde zusammen?

Wir arbeiten eng mit dem japanischen Halbleiterhersteller Lapis Technology an der gemeinsamen Entwicklung von kapazitiven Sensor-ICs und integrierten UHF-Schaltungen zusammen. Die Entwicklung und Leistungsprüfung der IC-Chips wird von E-Garde für jede Anwendung durchgeführt.

Außerdem arbeiten wir in Zusammenarbeit mit dem AutoID Lab der Keio-Universität an einem Projekt zur Entwicklung eines einzigartigen IC-Chips. Hier ist E-Garde aktiv an der Herstellung und dem Schaltungsdesign von RFID-Tags beteiligt.

6. Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit bei der Produktentwicklung?

Unsere Mission ist es, Zeit, Energie und Ressourcen zu sparen. In diesem Sinne ist die gesamte Produktentwicklung bei E-Garde mit Nachhaltigkeit verbunden. Durch den Einsatz von RFID konnten wir die Arbeitsbedingungen und die Produktivität verbessern. Wir haben ein System für das Management chemischer Substanzen in unseren Produkten eingerichtet. Auf diese Weise stellen wir sicher, dass unsere Produkte frei von regulierten chemischen Substanzen sind. Außerdem verwenden wir Materialien, die eine geringe Umweltbelastung haben.

7. Was wird es 2023 Neues auf dem Markt geben?

Für 2023 planen wir die Einführung von zwei neuen Produkten. Das erste ist ein Sensor zur Mengenmessung und das zweite ein Tag zur Kapazitätsmessung.

Maßgeschneiderte RFID-Karten, Tags, Armbänder und Schlüsselanhänger

„Die Produkte von E-Garde lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Die erste Kategorie umfasst Spezial-Tags, darunter Dual-Tags, Hard-Tags, RFID-Sensor-Tags und RFID-Datenlogger. Die zweite Kategorie umfasst Hotelkarten und Tags für Zugangskontrollanwendungen, darunter eine Reihe von RFID-Schlüsselkarten, Armbändern und Schlüsselanhängern.“

Etsuro Inamoto – CEO , E-Garde

Spezielle Tags

Dual-Tags

• Betriebsfrequenzen: HF (13,56 MHz), UHF (860–960 MHz)

• Große Lesereichweiten

• HF- und UHF-IC-Chips können frei kombiniert werden, was eine einfache Integration in bestehende Systeme mit vorhandener Hardware ermöglicht.

Hard-Tags

• Abmessungen: 30 × 45 mm (Tropfenform) / 34 × 34 mm (quadratisch)

• Material: FR4

• Betriebstemperatur: -20 bis 130 ℃

RFID-Sensor-Tags

• Abmessungen: 42 × 92,5 mm / 39 × 81 mm

• Material: PET, Aluminium, ACP

• Betriebstemperatur: -25 °C bis 60 °C

• RFID-Chip: MR7930 (UHF) / NTAG223 (HF)

RFID-Datenlogger

• Abmessungen: 98,5 × 59,0 × 20,5 mm

• Material: ABS (Gehäuse), FR4 (Platine), PC (Abdeckung)

• Betriebstemperatur: -50 °C bis 80 °C

• Lesereichweite: 4 bis 6 m

Hotelkarten und -tags

RFID-Schlüsselkarten

E-Garde bietet vollständig anpassbare RFID-Schlüsselkarten für Zugangskontrollanwendungen in Hotels an. Die Karten sind in drei verschiedenen Materialien erhältlich: Kunststoff, Papier und Holz. Sowohl die Papier- als auch die Holzkarten sind biologisch abbaubar. Das Unternehmen arbeitet eng mit der Hotelbranche zusammen, um maßgeschneiderte Lösungen mit fachkundiger Smartcard-Technologie zu entwickeln.

RFID-Armbänder

Die RFID-Armbänder von E-Garde enthalten einen Tag, der speziell für eine optimale Leistung am menschlichen Körper entwickelt wurde. Die RFID-Armbänder ermöglichen eine berührungslose Zugangskontrolle zu Hotelzimmern und Einrichtungen für Mitarbeiter und Gäste. Auch bargeldloses Bezahlen ist möglich. Das Sortiment an RFID-Armbändern des Unternehmens umfasst das Que-Armband, das Stoffarmband, das Silikonarmband, das verstellbare Armband und das Einweg-Papierarmband.

RFID-Schlüsselanhänger

E-Garde bietet Hotels RFID-Schlüsselanhänger an, die als Zimmerschlüssel fungieren. Die Schlüsselanhänger sind in kleinen Stückzahlen ab 100 Stück erhältlich. Verschiedene Designs, Farben und Anpassungen sind möglich. Zu den RFID-Schlüsselanhängern des Unternehmens gehören der Kunststoff-Schlüsselanhänger, der Holz-Schlüsselanhänger, der Leder-Schlüsselanhänger und der Minica-Tag.

Die neuesten RFID-Entwicklungen in Japan

„E-Garde ist aktiv an innovativen RFID-Projekten in ganz Japan beteiligt. Das Unternehmen bietet eine Komplettlösung von der Planung über das Design bis hin zur Massenproduktion von kundenspezifischen RFID-Tags.“

Etsuro Inamoto – CEO , E-Garde

Lapis Technology

Lapis Technology ist ein japanischer Halbleiterhersteller, der zur Rohm-Gruppe gehört. Das Unternehmen wurde 2020 in Yokohama, Japan, gegründet und entwickelt und vertreibt Mikrocontroller, Video-LSIs, Sprachsynthese-LSIs, Wireless-LSIs, Wireless-Lade-LSIs, Display-Treiber und Liion-Batterieüberwachungs-LSIs.

Kapazitive Sensor-ICs und integrierte UHF-Schaltungen

E-Garde arbeitet eng mit Lapis Technology an der gemeinsamen Entwicklung von kapazitiven Sensor-ICs und integrierten UHF-Schaltungen zusammen. Die Zusammenarbeit zwischen beiden Unternehmen begann im Jahr 2019. Der einzigartige kapazitive Sensor-IC-Chip wurde von Lapis Technology entwickelt.

E-Garde führt Entwicklungs- und Leistungsprüfungen des IC-Chips für Anwendungen wie Wasserstandserkennung, Gewichtserkennung, Feuchtigkeitserkennung und Gaserkennung durch. Die Tag-Kommunikation ist am effektivsten, wenn sowohl die Chip- als auch die Antenneneigenschaften aufeinander abgestimmt sind. Zusammen mit Lapis Technology hat das Unternehmen daran gearbeitet, optimale IC-Kommunikationseigenschaften auf der Grundlage der Marktanforderungen zu schaffen.

Weitere Beiträge zu diesem Projekt umfassen die Entwicklung und Einführung neuer integrierter UHF-Schaltungen. Das umfassende Know-how von E-Garde in den Bereichen Planung, Design, Prototyping, Inlays, Leistungsbewertung und Massenproduktion machte das Unternehmen zu einem zuverlässigen Partner in diesem Projekt.

Wasserstandserkennung

Eine häufige Anwendung des kapazitiven Sensor-ICs ist die Wasserstandserkennung. Der Sensor-IC misst die Kapazität eines Objekts und erkennt dessen Zustand. Durch Anbringen der Erkennungselektrode und des Sensor-Inlays an der Außenseite eines Flüssigkeitsbehälters ist es möglich, die Veränderung des Flüssigkeitsstands zu erkennen. Wenn der Wasserstand im Behälter steigt, vergrößert sich die mit Wasser bedeckte Fläche der Sensorelektrode. Der kapazitive Sensor-Tag liest dann die Veränderung des angezeigten Wertes aus.

Der Wasserstand kann sogar in undurchsichtigen oder farbigen Behältern, wie z. B. Medizin- oder Sakeflaschen, erfasst werden. Anwendungen zur Wassererkennung sind in Fabriken und ähnlichen Umgebungen weit verbreitet. Der kapazitive Sensor-IC benötigt keine Stromversorgung. Die Daten werden kontaktlos über Funkwellen übertragen.

Auto-ID-Labor an der Keio-Universität

Das Auto-ID-Labor wurde im Januar 2003 an der Keio-Universität gegründet und ist eine japanische Tochtergesellschaft des Auto-ID-Labors am MIT. Der Schwerpunkt liegt auf der Schaffung eines internationalen Standards für die Auto-ID-Technologie durch Forschung und Experimente.

Auf dem SFC Open Research Forum (ORF) 2017 stellte das Auto-ID-Labor der Keio-Universität seine neuesten Entwicklungen vor, darunter das MSMA-Konzept, eine Gruppenverschlüsselung von RFID, die die Identifizierung fehlender Artikel, die Filterung mehrerer Codes und die Erfassung mit gemischten Standards von RFID-Tags sowie ein Produktlebenszyklus-Managementsystem ermöglicht.

MSMA, RFID und RFICs

Zusammen mit dem Auto-ID-Labor der Keio-Universität arbeitet E-Garde an der Entwicklung eines einzigartigen IC-Chips mit Multi-Subcarrier Multiple Access (MSMA). Das Projekt wird von Professor Jin Mitsugi von der Keio-Universität geleitet, der auch den IC-Chip entwickelt hat. E-Garde ist aktiv an der Herstellung und dem Schaltungsdesign der RFID-Tags beteiligt.

MSMA ist ein innovatives drahtloses Kommunikationsverfahren, das sicherstellt, dass die Datenerfassung an mehreren Punkten vollständig synchronisiert ist. Das System besteht aus einem RFID-Tag und einem Abfragegerät, das dem Gen2-Standard entspricht. Der kundenspezifische RFIC „Jupiter” ist in den RFID-Tag eingebettet. Jupiter kann mit jedem Sensorchip verbunden werden, der SPI unterstützt und auf Basis von Energy Harvesting arbeitet.

Der RFID-Tag wird zu einem batterielosen und drahtlosen Beschleunigungsmesser mit einem Backscatter-RFIC. Die Sensordaten werden über den Backscatter gestreamt und vom Interrogator erfasst. Der Interrogator sendet Befehle zurück an die Sensoren. Die Sensoren gewinnen die Energie aus dem Interrogator als Stromquelle.

Anwendungsfälle

Anwendungsfall 1: Mengenmessung im Lager

E-Garde hat in Zusammenarbeit mit der Rohm Group von Lapis Technology einen batterielosen Mengensensor entwickelt. Die Entwicklung der IC-Chips für dieses Projekt begann im Jahr 2018. Der für das Massenanzeigesystem verwendete IC-Tag wurde seit Herbst 2022 weiterentwickelt und wird derzeit in Demonstrationsversuchen in den eigenen Lagern von E-Garde eingesetzt. Im Jahr 2023 wurden die ICs erstmals auf den Markt gebracht.

Genaue Bestandsaufnahmen von Werkzeugen und Ersatzteilen

Durch die Platzierung der batterielosen Mengensensoren im gesamten Lager ist E-Garde in der Lage, Objekte wie Werkzeuge und Ersatzteile gezielt zu erfassen. Auch Artikel, die Flüssigkeiten enthalten, können problemlos gelesen werden. Die Datenerfassung erfolgt über ein Lese-/Schreibgerät, das die Gewichtsverschiebung basierend auf der Menge der Teile und Flüssigkeiten in Schritten von einem Prozent erfasst.

Die Software des Lesegeräts zeigt die Menge an und zeichnet sie auf, während die Daten erfasst werden. Durch das Hochladen der Daten auf den Server kann das Unternehmen Trends wie die Häufigkeit der Nutzung von Zielobjekten über Tabellenkalkulationen analysieren. Darüber hinaus verfügt der Mengensensor über eine Funktion, die Bestellungen anzeigt und verwaltet. Die Installation ist einfach und erfordert nur wenig Kalibrierung und Softwareeinrichtung. Da das System batterielos und kabellos ist, gibt es keinen Stromverbrauch im Standby-Modus.

„Im Gegensatz zu herkömmlichen Waagen ist das Mengenanzeigesystem umweltfreundlich und funktioniert ohne Batterien oder Verkabelung.“

Etsuro Inamoto – CEO , E-Garde

Anwendungsfall 2: Kühlkettenmanagement mit RFID

Japan hat seit 2001 Systeme zur Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln eingeführt, um einen sicheren Lebensmittelkonsum zu gewährleisten. Es wurden viele Projekte entwickelt, um die Temperatur, den Zustand und die Qualität von frischen Produkten und Fisch mithilfe von RFID- und Sensortechnologie zu überwachen. In Japan wurden auch Informationsmanagementsysteme entwickelt, um Thunfisch vom Fischereifahrzeug bis zum Markt über RFID zu verfolgen, das in den Körper des Fisches implantiert wird.

Thunfischmanagement mit RFID

E-Garde nahm zwischen 2014 und 2020 an einem Umweltdemonstrationsversuch in ganz Japan teil. Die wichtigsten beteiligten Häfen waren Misaki, Shimizu und Yaizu. Zu den Partnern des Projekts gehörten die japanische Fischereibehörde, die Japan Tuna Association, die University of Marine Science and Technology und einige lokale Fischereibootbesitzer.

E-Garde stellte für dieses Projekt seine international patentierten Dualfrequenz-NFC/UHF-RFID-Tags zur Verfügung. Die Tags werden auf dem Boot angebracht, auf dem der Thunfisch gefangen wird, und vor Ort mit einem Handterminal ausgelesen. Dabei werden Daten wie der Code des Fischers, der Zeitpunkt des Fangs und der GPS-Standort des Fangs erfasst. Sobald das Schiff in den Hafen zurückkehrt, werden die RFID-Tags im UHF-Band auf einmal ausgelesen und die Anzahl der gefangenen Fische automatisch an den Server gesendet. Beim Zerlegen des Thunfischs liest der Händler den RFID-Tag mit einem Smartphone aus, gibt den QR-Code aus und bringt ihn auf den unterteilten Thunfischpackungen an.

Die Verbraucher lesen die Thunfischdaten über den QR-Code auf der Thunfischverpackung aus, wodurch die Lebensmittelsicherheit gewährleistet ist. Der Verband für Thunfisch und Bonito kann außerdem die Ressourcen verwalten, indem er die Daten von den Schiffen sammelt und mit den an Land erfassten Daten vergleicht.