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Intelligentes Intelligentes Papier Papier Christian Schmidt Christian Schmidt physikalische Technik & Informationsverarbeitun physikalische Technik & Informationsverarbeitun

IntelligentesPapier Christian Schmidt Christian Schmidt physikalische Technik & Informationsverarbeitung

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Intelligentes Intelligentes PapierPapier

Christian Schmidt Christian Schmidt physikalische Technik & Informationsverarbeitungphysikalische Technik & Informationsverarbeitung

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ÜbersichtÜbersicht

1 1 Begriffsdefinition Begriffsdefinition

22 Das EAN-Codierungsverfahren Das EAN-Codierungsverfahren 33 smart labels smart labels

3.13.1 Aufbau und Funktionsweise Aufbau und Funktionsweise 3.23.2 Anwendungen Anwendungen 4 4 Probleme & RisikenProbleme & Risiken

4.14.1 physikalische Problem physikalische Problem 4.24.2 ethische Probleme ethische Probleme

55 Quellen Quellen

Christian Schmidt Physikalische Technik & Informationsverarbeitung (03PHT) Seite 2

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Christian Schmidt Physikalische Technik & Informationsverarbeitung (03PHT) Seite 3

intelligentes Papier - Begriffsdefinition

1 1 BegriffsdefinitionBegriffsdefinition

Intelligentes Papier: Intelligentes Papier:

EAN:EAN:

EPC:EPC:

• EElectroniclectronic P Produktionroduktion C Codeode

• „ „Nachfolger“ des EAN-CodesNachfolger“ des EAN-Codes

• weltweite eindeutige Nummer für Objekteweltweite eindeutige Nummer für Objekte

• EEuropeanuropean A Authorisationuthorisation C Codeode

• 13 – oder 8stellige Produktkennziffer für Handelsartikel13 – oder 8stellige Produktkennziffer für Handelsartikel

• auch smart label genannt

• Bezeichnung für RFID (Radio Frequency Identification) - Folien

• Folien dünn wie Papier und ähnlich verarbeitbar intelligentes Papier

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intelligentes Papier – EAN-Codierung

2 2 Das EAN-CodierungsverfahrenDas EAN-Codierungsverfahren

• 1974 in Europa eingeführt 1974 in Europa eingeführt Erleichterung des Warenverkehrs Erleichterung des Warenverkehrs

• 1977 European Article Association1977 European Article Association gegründet 98 Mitgliedsstaaten

• maschinenlesbarer Strichcode = maschinenlesbarer Strichcode = BarcodeBarcode

• derzeit 13 - oder 8-stelligderzeit 13 - oder 8-stellig

• 8-stellig speziell für kleine und lokale Produkte8-stellig speziell für kleine und lokale Produkte

Anwendung:Anwendung:

• LebensmittelLebensmittel

• Bücher (ISBN)Bücher (ISBN)

• Software (Microsoft:Software (Microsoft:UPCUPC))

EAN-Code für eine 1,5 l Flasche Coca Cola Vanille

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intelligentes Papier – EAN-Codierung

2 2 das EAN - Codierungsverfahrendas EAN - Codierungsverfahren

• EAN-8, EAN-13 und UPC-A (amerik.) haben selbe StrichcodierungEAN-8, EAN-13 und UPC-A (amerik.) haben selbe Strichcodierung

• 2 helle und 2 dunkle Striche bilden eine Ziffer2 helle und 2 dunkle Striche bilden eine Ziffer

• 4 unterschiedliche Strichstärken (dünn, 2x, 3x und 4x so breit)4 unterschiedliche Strichstärken (dünn, 2x, 3x und 4x so breit)

• 4 Linien einer Ziffer insgesamt 7x so breit wie dünne Linie4 Linien einer Ziffer insgesamt 7x so breit wie dünne Linie

• C1/C3:C1/C3: Start/Endmarker Start/Endmarker

• C2:C2: Barcodemitte Barcodemitte

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intelligentes Papier – EAN-Codierung

2 2 das EAN-Codierungsverfahrendas EAN-Codierungsverfahren

Bedeutung der einzelnen Ziffern bei EAN13:Bedeutung der einzelnen Ziffern bei EAN13:

• 3 Ziffern3 Ziffern: Ländercode des Staates (Deutschland: 400-440): Ländercode des Staates (Deutschland: 400-440)

• 4 Ziffern4 Ziffern: Hersteller: Hersteller

• 5 Ziffern5 Ziffern: Artikelbezeichnung: Artikelbezeichnung

• letzte Zifferletzte Ziffer: Prüfziffer: Prüfziffer

Prüfziffer berechnet sich: Prüfziffer berechnet sich:

• Ziffern 1-12 werden von rechts nach links abwechselnd mit 1 und 3 multipliziert und dann addiertZiffern 1-12 werden von rechts nach links abwechselnd mit 1 und 3 multipliziert und dann addiert

• Prüfziffer ergänzt dann Summe zu Vielfachen von 10Prüfziffer ergänzt dann Summe zu Vielfachen von 10

Bsp:Bsp: 400399415548 40039941554866 (Kellogs)

8*38*3++4*14*1++5*35*3++5*15*1++1*31*3++4*14*1++9*39*3++9*19*1++3*33*3++0*10*1++0*30*3++4*1 = 104 110 -104 = 4*1 = 104 110 -104 = 66

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intelligentes Papier – smart label

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intelligentes Papier – smart labels

3 3 Aufbau und Funktionsweise von smart labelsAufbau und Funktionsweise von smart labels

• Haftetikett mit integriertem Transponder (Haftetikett mit integriertem Transponder (TransTransmit and resmit and responponse)se)

Unterscheidung in Unterscheidung in aktiveaktive,, semipassive semipassive und und passive passive TransponderTransponder

aktivaktiv: :

semipassiv:semipassiv:

passivpassiv: :

• in RFIDin RFID: nur passive Transponder (Platzgründe): nur passive Transponder (Platzgründe)

• eigene Energieversorgung zur Datenspeicherung/transfer (meist Batterie)eigene Energieversorgung zur Datenspeicherung/transfer (meist Batterie)

• Transponder besitzt eigene EnergievesorgungTransponder besitzt eigene Energievesorgung

• bei Datentransfer: Energie aus elektrischem Feld bei Datentransfer: Energie aus elektrischem Feld der Schreib/Leseeinheit der Schreib/Leseeinheit

• Energie wird aus elektromagn. Feld der Energie wird aus elektromagn. Feld der Lese/Schreibeinheit bezogen Lese/Schreibeinheit bezogen

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

• 300 – 400 µm dick 300 – 400 µm dick wie Papier bedruckbar wie Papier bedruckbar

• je nach Typ festprogrammiert oder programmierbarje nach Typ festprogrammiert oder programmierbar

• Datenmenge: 1024 Bit Datenmenge: 1024 Bit

• Reichweite: 120cm – 100mReichweite: 120cm – 100m

smart labels bestehen aus:smart labels bestehen aus:

• Sende/EmpfangsantenneSende/Empfangsantenne

• SteuerlogikSteuerlogik

• DatenspeicherDatenspeicher

• (Energiespeicher) (Energiespeicher)

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

• smart label kommt in Reichweite von Sende/Leseeinheit smart label kommt in Reichweite von Sende/Leseeinheit

• Energiespeicher wird aufgeladenEnergiespeicher wird aufgeladen

• Transponder sendet Daten Transponder sendet Daten (Sendefrequenz: 13,56 MHz)(Sendefrequenz: 13,56 MHz)

• erhält gegebenenfalls neue Daten erhält gegebenenfalls neue Daten

Vorteile gegenüber Barcode:Vorteile gegenüber Barcode:

• Datenaustausch ohne Sichtverbindung Datenaustausch ohne Sichtverbindung

• gleichzeitiger Datenaustausch mit mehreren smart labelsgleichzeitiger Datenaustausch mit mehreren smart labels

• höhere Leserate als Barcode-Verfahren höhere Leserate als Barcode-Verfahren

• durch Einbettung in Materialien: umweltresistent durch Einbettung in Materialien: umweltresistent Einsatz unter Extrembedingungen Einsatz unter Extrembedingungen

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

AnwendungenAnwendungen::

• DiebstahlsicherungDiebstahlsicherung

• Produkt AuthentifikationProdukt Authentifikation

• intelligente Sensorenintelligente Sensoren

• intelligente Textilienintelligente Textilien • „ „Das letzte Buch“Das letzte Buch“

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

DiebstahlsicherungDiebstahlsicherung

• Ware mit Diebstahlsicherung (EAS) versehenWare mit Diebstahlsicherung (EAS) versehen

• besteht aus seriellem Schwingkreis (8,2 MHz Resonanz)besteht aus seriellem Schwingkreis (8,2 MHz Resonanz)

• Sicherung kommt in elektrisches Feld der Alarmanlage Sicherung kommt in elektrisches Feld der Alarmanlage AlarmAlarm

• Kunde bezahlt Kunde bezahlt Schwingkreis wird verstimmt Schwingkreis wird verstimmt kein Alarm beim Passieren kein Alarm beim Passieren

• 2 Zustände (An/Aus): 1Bit Speicherkapazität2 Zustände (An/Aus): 1Bit Speicherkapazität

• einfach zu realisiereneinfach zu realisieren

• einfach zu umgehen einfach zu umgehen

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

Produkt AuthentifikationProdukt Authentifikation

ZielZiel::

• mehr Herstellungskontrollemehr Herstellungskontrolle

• leichtere, umfangreichere Warenrückverfolgungleichtere, umfangreichere Warenrückverfolgung

• automatisches Auslesen von Produktkennziffernautomatisches Auslesen von Produktkennziffern

Verwendung von RFIDs und EPCVerwendung von RFIDs und EPC

EPC: EPC:

• jedes Objekt weltweit hat eine eindeutige Identifikationsnummer jedes Objekt weltweit hat eine eindeutige Identifikationsnummer

• verkaufte oder verlorene/gestohle Objekte können direkt zugeordnet werdenverkaufte oder verlorene/gestohle Objekte können direkt zugeordnet werden

• EPC kann als primary key für Datenbanken dienenEPC kann als primary key für Datenbanken dienen

• Herstellergarantien und MHD genauer bestimmbarHerstellergarantien und MHD genauer bestimmbar

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

Produkt AuthentifikationProdukt Authentifikation

• automatische Informationssammlung in komplexeren Ausmaßenautomatische Informationssammlung in komplexeren Ausmaßen

• Wegbereiter für neue NummerierungsstandardsWegbereiter für neue Nummerierungsstandards

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

Produkt AuthentifikationProdukt Authentifikation

• Waren werden registriert, sobald sie im Warenkorb liegenWaren werden registriert, sobald sie im Warenkorb liegen

• beim Verlassen des Marktes wird Rechnung automatisch erstellt und online abgebuchtbeim Verlassen des Marktes wird Rechnung automatisch erstellt und online abgebucht

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

Produkt AuthentifikationProdukt Authentifikation

Vergleich EAN – EPCVergleich EAN – EPC

• EAN billig, weit verbreitet, einfach herzustellenEAN billig, weit verbreitet, einfach herzustellen

• großer Nachteilgroßer Nachteil: muss sichtbar auf glatter Oberfläche aufgebracht werden: muss sichtbar auf glatter Oberfläche aufgebracht werden

• EPC eindeutig, fehlerfrei, umfangreiche Datenspeicherung EPC eindeutig, fehlerfrei, umfangreiche Datenspeicherung

• großer Nachteilgroßer Nachteil: Datenschutz: Datenschutz

• Kombination aus beidem möglichKombination aus beidem möglich

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

intelligente Sensorenintelligente Sensoren

• Mikrochips in Sensoren können physikalische Mikrochips in Sensoren können physikalische Eigenschaften messen (z.B. Temp, Feuchte, Druck)Eigenschaften messen (z.B. Temp, Feuchte, Druck)

• bei kritischen Veränderung kann Personal oder bei kritischen Veränderung kann Personal oder Zentrale informiert werdenZentrale informiert werden

AnwendungsbeispieleAnwendungsbeispiele::

• MHD von Milchflaschen sind abgelaufen MHD von Milchflaschen sind abgelaufen MeldungMeldung

• Ware kann direkt und schnell detektiert und Ware kann direkt und schnell detektiert und ausgetauscht werdenausgetauscht werden

• Backpapier teilt Backofen genaue Zeit für Pizza mitBackpapier teilt Backofen genaue Zeit für Pizza mit

• Kühlschrank erkennt, welche Ware abgelaufen ist und bestellt neue Kühlschrank erkennt, welche Ware abgelaufen ist und bestellt neue

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Christian Schmidt Physikalische Technik & Informationsverarbeitung (03PHT) Seite 18

intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

intelligente Textilienintelligente Textilien

• Integration von smart labels in TextilienIntegration von smart labels in Textilien

• genaue Lokalisation von Personen (bei Unfällen)genaue Lokalisation von Personen (bei Unfällen)

• einfaches Abrufen von Wander/ Stadt/ Landkarteneinfaches Abrufen von Wander/ Stadt/ Landkarten

• militärische Anwendung: Koordination und sofortigemilitärische Anwendung: Koordination und sofortige Befehlsübermittlung Befehlsübermittlung hohe Flexibilität hohe Flexibilität

• bei Verlust bei Verlust Ermittlung des Besitzers Ermittlung des Besitzers

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

„„Das letzte BuchDas letzte Buch““

• Entwicklungsprojekt am MIT, MassachusettsEntwicklungsprojekt am MIT, Massachusetts

• physikalisch vorhandenes Buch mit 100 Folien als Seitenphysikalisch vorhandenes Buch mit 100 Folien als Seiten

• Menü über alle verfügbaren Bücher im Buchrand Menü über alle verfügbaren Bücher im Buchrand

• Leser stellt Buch in Ladestation Leser stellt Buch in Ladestation wählt Buchtitel wählt Buchtitel öffnet Buch und liest öffnet Buch und liest

• spezielle Tinte (electronic ink) ändert schwarz/weiß-Zustand bei elektrischem Feldspezielle Tinte (electronic ink) ändert schwarz/weiß-Zustand bei elektrischem Feld

• ProblemProblem: :

• Dimensionierung der Displays auf BuchformatDimensionierung der Displays auf Buchformat

• GewichtreduzierungGewichtreduzierung

• KostenreduzierungKostenreduzierung

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intelligentes Papier – smart labels

33 Aufbau und Funktionsweise von smart labels Aufbau und Funktionsweise von smart labels

„„Das letzte BuchDas letzte Buch““

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intelligentes Papier – Probleme & Risiken

44 Probleme und Risiken Probleme und Risiken

4.14.1 physikalische Probleme physikalische Probleme

• Nah – Fern – ProblemNah – Fern – Problem

• Empfänger muss Signal bei bekannter Bandbreite auch aus Umgebung heraus erkennenEmpfänger muss Signal bei bekannter Bandbreite auch aus Umgebung heraus erkennen

• große, unbekannte Signale können das Signal abblocken/überlagerngroße, unbekannte Signale können das Signal abblocken/überlagern

• gewolltes Signal weit weg gewolltes Signal weit weg Receiver wird überlagert Receiver wird überlagert Signal geblocktSignal geblockt

• Filter helfen nur, wenn überlagerndes Signal nicht in gewollter Bandbreite liegt Filter helfen nur, wenn überlagerndes Signal nicht in gewollter Bandbreite liegt

• Reparatur von smart labels in Gegenständen schwierig (z.B. Gepäck) Reparatur von smart labels in Gegenständen schwierig (z.B. Gepäck) Kosten Kosten

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Christian Schmidt Physikalische Technik & Informationsverarbeitung (03PHT) Seite 22

intelligentes Papier – Probleme & Risiken

44 Probleme und Risiken Probleme und Risiken

4.24.2 ethische Probleme ethische Probleme

• DatenschutzDatenschutz

• wichtige Problemsituationen:wichtige Problemsituationen:

• gesetzliche Regelung erforderlich gesetzliche Regelung erforderlich

• smart labels müssen nach Kauf des Objektes zerstört werden smart labels müssen nach Kauf des Objektes zerstört werden Vorteile dadurch teilweise aufgehoben Vorteile dadurch teilweise aufgehoben

• unerlaubtes Auslesen von Besitz• Tracken von Personen• Langfristige Verantwortung von Objekten• Ausübung von Verhaltenskontrolle

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Christian Schmidt Physikalische Technik & Informationsverarbeitung (03PHT) Seite 23

intelligentes Papier – Quellen

5 5 QuellenQuellen

• www.wikipedia.de Überblick über die Thematik, EAN-Codierung Überblick über die Thematik, EAN-Codierung

• www.avesodisplays.com Hersteller von smart labels, Anwendungen Hersteller von smart labels, Anwendungen

• www.dimagemaker.com Elektronische Tinte, the last book Elektronische Tinte, the last book

• Einführung in die RFID-Technologie, Einführung in die RFID-Technologie, Matthias LampeMatthias Lampe Aufbau und Funktionsweise von RFIDs Aufbau und Funktionsweise von RFIDs

• Radio Frequenzy Integated Circuit Design, Radio Frequenzy Integated Circuit Design, John Rogers,Calvin PlettJohn Rogers,Calvin Plett Probleme & Risiken Probleme & Risiken

• Fraunhofer Institut IWMH, Fraunhofer Institut IWMH, Dr. PetzoldDr. Petzold Fotos von RFIDs Fotos von RFIDs

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intelligentes Papier – Probleme & Risiken

Vielen Dank für dieVielen Dank für die AufmerksamkeitAufmerksamkeit