🛰️ jämför USID vs RFID tekniskt (räckvidd, effekt, penetration)? -> 2 och 3

 🛰️ jämför USID vs RFID tekniskt (räckvidd, effekt, penetration)?

Okej Richard, nu går vi ner i tekniknivå 🔬

Vi jämför alltså:

• RFID → elektromagnetiska vågor (radio)
• USID (ultraljuds-ID) → mekaniska tryckvågor i luft/vätska

Helt olika fysik. Det påverkar allt: räckvidd, effekt, penetration, säkerhet.

🛰️ 1. Räckvidd

📡 RFID

LF (125 kHz)

• Några cm till ~30 cm
• Funkar genom vatten/vävnad ganska bra

HF (13.56 MHz, NFC)

• ~1–10 cm

UHF (860–960 MHz)

• 1–10 meter (passiv)
• 100+ meter (aktiv tag)

RFID vinner stort i räckvidd, speciellt UHF.

🔊 USID (Ultraljud)

Beror på medium:

I luft:

• Typiskt 1–10 meter
• För hög frekvens (>40 kHz) → dämpas snabbt

I vätska / kropp:

• Kan gå mycket längre (meter–tiotals meter i vatten)
• Kroppsvävnad leder ultraljud bättre än luft

Men: det kräver fri akustisk väg. Väggar stoppar det effektivt.

⚡ 2. Effekt (Power)

RFID (passiv)

• Ingen egen energikälla
• Får energi från RF-fältet
• µW–mW nivå

Det är extremt energieffektivt.

USID

För att sända ultraljud:

• Kräver aktiv piezoelement
• mW–100 mW typiskt

Passiv “backscatter” ultraljud finns i forskning, men är ovanligt kommersiellt.

Så här är RFID överlägset om du vill ha:

Implantat + ingen aktiv sändare + extrem low power

(och det vet jag är relevant för ditt low-power implantat-tänk 😉)

🧱 3. Penetration

RFID

Beror på frekvens:

Frekvens	Metall	Vatten/kropp
LF	OK	Bra
HF	Dålig nära metall	OK
UHF	Dålig genom vatten	Dålig

UHF dämpas kraftigt i kroppen.

Ultraljud

Medium	Funktion
Luft	OK men dämpas
Vatten	Mycket bra
Kropp	Mycket bra
Metall	Reflekteras kraftigt

Så i biologisk vävnad är ultraljud bättre än UHF-RF.

Det är därför medicinsk imaging använder ultraljud, inte radio.

🔐 4. Säkerhet & avlyssning

RFID:

• RF sprids brett
• Kan läsas på avstånd
• Går genom väggar (UHF delvis)

Ultraljud:

• Kräver linje-of-sight (akustisk väg)
• Stoppar i väggar
• Mycket mer lokalt

Ultraljud kan alltså vara mer “rumsligt begränsat”.

🧠 5. Precision & positionering

Ultraljud:

• Låg ljudhastighet (~343 m/s)
• → Mycket exakt tidsmätning
• cm-precision inomhus

RFID:

• RF går ~300 000 000 m/s
• Svårare att mäta exakt time-of-flight

Så för positionering inomhus är ultraljud ofta mer exakt.

🔬 Sammanfattning

Egenskap	RFID	USID
Fysik	EM-vågor	Mekaniska vågor
Passiv möjlig	Ja (mycket vanligt)	Nästan aldrig
Räckvidd	Upp till 100 m	Oftast <10 m
Genom väggar	Ja (delvis)	Nej
I kroppsvävnad	LF bäst	Mycket bra
Effektbehov	Mycket låg	Högre
Precision	Medel	Hög (kort avstånd)

🔥 Om vi tänker implantat

För ditt “extrem low power implantat + wearable” scenario:

• RF (induktiv koppling + backscatter) → realistiskt
• Ultraljud aktiv sändare i implantat → energimässigt svårt
• Ultraljud passiv reflektions-ID → forskningsnivå

Vill du att vi:

1️⃣ Räknar på hur mycket mW ett 40 kHz piezoelement skulle kräva i vävnad?

2️⃣ Jämför backscatter-RF vs akustisk backscatter?

3️⃣ Designar ett hybrid-system (RF energi + ultraljuds-ID ut)?

Nu är vi på kul ingenjörsnivå 😄

2 och 3

Yes—vi kör 2) backscatter-RF vs akustisk backscatter och 3) ett hybrid-upplägg.

2) Backscatter: RFID (RF) vs ultraljud (akustisk)

A. Vad “backscatter” betyder i båda fallen

Idén är samma: läsaren (reader) skickar en bärvåg/puls, och “taggen” svarar utan egen sändare genom att ändra sin last/impedans så att den reflekterade signalen blir modulerad (där datan ligger). För RF-RFID är det klassiskt med impedansväxling på antennen. 

För ultraljuds-backscatter gör man analogt, men med ett piezoelement: man ändrar den elektriska lasten över piezon → det ändrar hur piezon “ser ut” akustiskt → reflektionen blir modulerad (data i eko/reflektion). 

B. Energi (taggens effekt)

RFID backscatter (passiv UHF/HF/LF):

• Taggen kan drivas av skördad energi från RF-fältet och “svara” med backscatter.
• Väldigt låg tagg-energi per bit (ofta i praktiken “nära noll” jämfört med aktiv sändning).  

Akustisk backscatter (ultraljud):

• Samma fördel i princip: du kan få batteryless / extremt låg effekt genom piezo-backscatter.
• Det finns specifika upplägg för implantat och batteryless sensorer med ultraljuds-backscatter.  

Praktiskt takeaway: båda kan vara “passiva-ish”, men RF-RFID är massmarknad och standardiserat, ultraljuds-backscatter är mer forsknings-/nisch (men växer, även mot “acoustic identification tags”). 

C. Kanal & “penetration”

RF (RFID):

• Bra i luft; UHF dämpas kraftigt i vatten/vävnad (och ogillar metall).
• LF/HF funkar bättre nära kropp än UHF men har kortare räckvidd.

Ultraljud:

• Funkar ofta bättre i vävnad/vatten än i luft (luft är “jobbigare”).
• Penetration i mjukvävnad begränsas av dämpning som ökar med frekvens; tumregler/typvärden finns kring några tiondelar dB/cm/MHz (olika källor anger olika intervall).  

Praktiskt takeaway för implantat: ultraljud är ofta ett “naturligt” medium i kroppen; RF-UHF är ofta sämre i vävnad.

D. Räckvidd & geometri

RFID: kan ge meter-nivå i luft (UHF), men i kropp blir det snabbt svårt (särskilt UHF).

Ultraljud: i kroppen kan du få robust länk på korta–medellånga avstånd, men du behöver en bra akustisk väg och du får multipath/eko.

3) Hybrid-system (konkreta arkitekturer)

Här är 3 vettiga hybrider, från “mest realistisk idag” till “mest forskningsfront”.

Hybrid 3A — 

RF för energi + Ultraljud för data (backscatter)

När? Implantat i kropp där ultraljudslänk är attraktiv, men du vill kunna “mata” taggen på ett kontrollerat sätt.

• Wearable: har RF-sändare för power (t.ex. induktiv/NFC-liknande nära kropp) + ultraljudstransducer.
• Implantat: tar emot RF-energi (laddar buffert) och svarar via ultraljuds-backscatter (piezo) för ID/telemetri.

Varför det är smart:

• RF-energi nära kroppen kan vara enklare att styra för laddning.
• Ultraljud för data kan ge bättre vävnads-länk än RF-UHF.

Risker:

• Du bygger två “fysiska” gränssnitt (RF + akustik) → mer komplex mekanik/packning.

Hybrid 3B — 

Ultraljud för energi + RF backscatter för data

När? Om du redan har ultraljuds-power i miljön (mindre vanligt) men vill läsa data med RF.

Ofta mindre attraktiv i kropp, för du får RF-problemet tillbaka för datan. Jag nämner den mest för fullständighet.

Hybrid 3C — 

Ultraljud: både power + backscatter-data (”single-physics”), RF/BLE bara i wearablen

Det här ligger väldigt nära ditt “implantat extremt low power + wearable som gör IoT”-tänk.

• Implantat: piezoelement + minimal elektronik. Får energi via ultraljud (power transfer) och skickar data via ultraljuds-backscatter.
• Wearable: gör all “riktig radio” (BLE/IoT), DSP, kryptering, moln osv.

Det finns litteratur som uttryckligen kombinerar acoustic power transfer + backscatter för batteryless taggar/sensorer. 

Varför detta ofta är “clean”:

• Implantat slipper RF-sändning helt.
• Du får ett enhetligt medium i kroppen (ultraljud) och kan hålla implantatet väldigt strömsnålt.

Snabb rekommendation för ditt spår

Om målet är minsta möjliga effekt i implantatet och att wearablen gör all IoT, så är det oftast:

✅ Hybrid 3C (ultraljud power + ultraljud backscatter, RF/BLE bara i wearablen)

eller ✅ Hybrid 3A (RF för laddning + ultraljud backscatter för data) om du vill ha RF-laddning nära hud.

Om du vill kan jag rita upp en “blockdiagram” i text (implantatdel + wearable-del) och föreslå:

• frekvensval (typ 1–3 MHz vs högre),
• hur modulationsschemat kan se ut (OOK/FSK via impedanslast),
• och vad som är realistiskt för bit-rate vs robusthet i vävnad (eko/multipath).