任何兩個接觸在一起的物體都會相互施加一定的力，這可能是由于重力作用或者是機械接觸，例如物體對平臺的重量或者兩個骨骼在人類膝關節處的接觸。為了更有效和便捷地進行這種力的測量，加州大學圣迭戈分校的研究團隊研發了一種超薄RFID測力“貼紙”(被稱為“ForceSticker”)來協助測量這些現象。

ForceSticker的開發源于兩個主要組件的集成：一個只有幾毫米厚、大約一粒米大小的微型電容器，以及一個商用900MHz超高頻RFID電子標簽。研究人員集成了這兩個組件，以便他們可以測量施加的力，并將信息無線傳輸到標準的RFID讀寫器。

在電容器的兩個導電銅條之間放置了一層柔軟的聚合物薄片，形成了電容器。當外部力作用于聚合物上時，聚合物會被壓縮，導致銅條靠近，從而增加電容器內的電荷。

這種測力貼紙的設計靈感來源于對電容變化的敏銳觀察。當施加外力時，聚合物壓縮，將銅條拉得更近，從而增加電容。通過這種設計，研究人員可以根據從數學RF建模中得出的優化電容范圍設計，評估傳感器的轉換功能，并在COMSOL中執行多物理模擬。

在ForceSticker的實際應用中，研究人員采用了兩種不同的4×2毫米傳感器實現，具有不同的Ecoflex聚合物層(可生物降解的鉑催化的硅基聚合物)和氯丁橡膠，覆蓋0至6 N和0至40 N的范圍，讀數誤差分別為0.25 N和1.6 N。此外，他們對ForceSticker進行了超過10,000次的壓力測試，沒有發現任何明顯的誤差下降。

這種無源RFID電子標簽使用反向散射進行電力和數據傳輸。它從RFID讀寫器接收輸入的無線電信號，通過電容器感應的電變化修改信號，然后將修改后的信號反射回RFID讀寫器，RFID讀寫器解讀并將其轉化為作用力。這種方法直接將傳感器產生的模擬RF相位變換插入RFID電子標簽的無線信道路徑中，創建了模擬-數字反向散射鏈路。

在實現傳感器集成的過程中，一個關鍵的挑戰是傳感器接口的設計。為了在不損失信號保真度的情況下實現傳感器集成，研究人員采用了匹配阻抗共面波導的方法。此外，為了獲得這種靈敏度調諧，電容器必須在零作用力下具有正確設計的“標稱值”。這是由模擬這種情況的各種非線性方程確定的，并考慮了傳輸線的阻抗和反射系數。

在模擬電容傳感器與數字識別RFID的接口時，研究人員通過將傳感器插入天線和與兩者并聯的RFID標簽之間來實現。然而，研究人員指出，存在兩種所謂的“退化”解決方案(意味著至少一個基本變量為零)。其中一種解決方案假設所有相位變化都直接從傳感器反射，沒有信號到達RFID模塊。而另一種解決方案則假設傳感器的容性轉換實際工作模式。這兩種解決方案都為該技術的進一步優化提供了指導。

總的來說，加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的這個團隊已經通過開發ForceSticker這一創新的測力貼紙展示了工程突破的可能性。通過集成微型電容器和商用RFID 電子標簽，他們創造了一種能夠測量施加的力并將信息無線傳輸的設備。

加州大學圣迭戈分校工程學院教授Dinesh Bharadia在學校的一份聲明中表示：“人類天生擁有感知力量的內在能力。這賦予我們與周圍環境無縫互動的能力，也讓臨床醫生能夠進行精細的外科手術。將這種感知力量的能力引入電子設備和醫療植入物領域可能會對許多行業帶來革命性的變革。”

而且這種技術不僅具有在醫療和工業領域應用的潛力，而且還可以用于倉庫包裝的底部測量其重量。通過持續研究和創新，我們有理由相信未來會有更多這樣的突破來改善我們的生活和工作。

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審核編輯 黃宇