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紙引未來網(wǎng)訊 智能包裝指人們通過創(chuàng)新思維，在包裝中融入新技術(shù)，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(huán)境條件，它涉及多種學(xué)科技術(shù)，例如計算機、微電子、材料、化學(xué)、人工智能和微生物技術(shù)等。
智能包裝大致分為功能結(jié)構(gòu)型、功能材料型和信息型3類。信息型智能包裝技術(shù)主要是以反映包裝內(nèi)容物及其內(nèi)在品質(zhì)和運輸、銷售過程信息為主的新型技術(shù)。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(fā)展活力和前景的包裝技術(shù)之一。
當前，此類信息型智能包裝從一維碼、二維碼識別技術(shù)，發(fā)展到多維碼、RFID、NFC、EPC技術(shù)，正向高級智能包裝階段邁進，廣泛應(yīng)用到產(chǎn)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(yù)測圖
RFID、NFC和EPC
射頻識別技術(shù)應(yīng)用
1.RFID技術(shù)應(yīng)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(xiàn)非接觸的資料存取技術(shù)，此技術(shù)利用無線通訊結(jié)合資料存取技術(shù)，連結(jié)背后的資料庫系統(tǒng)，形成一個龐大且串連在一起的系統(tǒng)。
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(yīng)用以LF和HF標簽產(chǎn)品為主;UHF標簽已被規(guī)模生產(chǎn)，由于其具有可遠距離識別和低成本制造的優(yōu)勢，有望在未來幾年內(nèi)成為主流;MW標簽只在部分國家得到應(yīng)用。
我國HF芯片已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，UHF芯片也已經(jīng)完成開發(fā)。從技術(shù)應(yīng)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(yīng)高速移動物體的RFID方向發(fā)展。RFID更多地被應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上，具體應(yīng)用實例如下：
?、賀FID標簽逐步從芯片型向無芯片型方向發(fā)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(yōu)勢是能以很低的成本直接印在產(chǎn)品和包裝上，因此在特定的應(yīng)用領(lǐng)域很有前途。例如空運包裹、動物、住院或者受監(jiān)護的人員等。
②新型材料取代傳統(tǒng)的RFID。例如石墨烯材料制成的電子標簽，傳統(tǒng)電子標簽一般以金屬鋁為原料，制造工藝不環(huán)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(yōu)，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(jié)能環(huán)保、質(zhì)地柔軟，可直接粘貼在衣服等軟性材料上。目前已實現(xiàn)石墨烯射頻標簽的產(chǎn)業(yè)化，例如由安德烈o海姆研發(fā)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(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。
圖2 石墨烯電子標簽
2.NFC技術(shù)應(yīng)用
NFC(Near Field Communication)，即近距離無線通訊技術(shù)。它是一種非接觸式識別和互聯(lián)技術(shù)，可以在移動設(shè)備、消費類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進行近距離無線通信。NFC技術(shù)支持多種應(yīng)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(shù)，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(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，已經(jīng)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(xié)議，提供各種設(shè)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(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要作用，如付款、電子票證、交換和傳輸數(shù)據(jù)等。
現(xiàn)在很多手機內(nèi)置NFC芯片，可以用來支付，也可以用作數(shù)據(jù)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(shè)備距離保持在10cm以內(nèi)。系統(tǒng)就會開始連接，再點擊要發(fā)送的東西就可以發(fā)送到對方的設(shè)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(shù)應(yīng)用
EPC(Electronic Product Code)，即產(chǎn)品電子碼技術(shù)，其載體是RFID電子標簽，并借助互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)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(xiàn)全球范圍內(nèi)對單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應(yīng)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(tǒng)一標準，價格也很便宜，與互聯(lián)網(wǎng)信息互通。
高級信息型智能
包裝技術(shù)應(yīng)用
隨著科技的不斷發(fā)展與進步，各種高新技術(shù)：微電子、工業(yè)機器人、圖像傳感技術(shù)和新材料等在信息型智能包裝上綜合應(yīng)用，已研發(fā)出多種高級信息型智能包裝技術(shù)。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(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(huán)保性好，容易與RFID標簽集成等優(yōu)良特性，所以在超薄或小型柔性標簽上優(yōu)勢大于傳統(tǒng)電池。隨著印刷電子工業(yè)在我國的快速發(fā)展，紙電池的價格優(yōu)勢尤為突出，可供使用的領(lǐng)域?qū)⒋蟠笤黾印?br />
2.RFID結(jié)合傳感器標簽
結(jié)合RFID和傳感技術(shù)的新型智能RFID已在市場出現(xiàn)，帶有智能傳感器的RFID，是無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)電池支持的傳感器于硅芯片上并帶有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器;這種技術(shù)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(shè)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(shù)的應(yīng)用
AR(增強現(xiàn)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(shù)。增強現(xiàn)實技術(shù)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(shù)與新手段。
此技術(shù)在信息型智能包裝應(yīng)用中逐步發(fā)展，可將傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)與可變信息(條碼技術(shù))相結(jié)合，實現(xiàn)AR信息可變的智能標簽，改變傳統(tǒng)標簽單向、單點式的信息設(shè)計模式，基于大數(shù)據(jù)平臺，利用數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)，建立產(chǎn)品最終用戶與生產(chǎn)企業(yè)之間的多向信息交互，實現(xiàn)物流追溯、多維互動、個性化服務(wù)、精準營銷和智能防偽等。
例如，DHL的Vision Picking揀貨系統(tǒng)使用了AR技術(shù)來幫助倉儲揀貨員高效地進行揀貨。借助此技術(shù)，揀貨員通過谷歌眼鏡的室內(nèi)導(dǎo)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(yīng)該放置的位置，同時更新倉儲的貨物數(shù)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(shù)量)
結(jié)語
當前，智能包裝在包裝領(lǐng)域?qū)⒚媾R巨大的市場和發(fā)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(shù)為核心，在信息時代更具有廣闊的發(fā)展前景。
