Hexerei? Das Geheimnis hinter kontaktloser Kommunikation und NFC

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Wer nur die Unicard zum Bezahlen an der Mensakasse nutzt, hat schon Bekanntschaft mit kontaktlosem Datenaustausch mit geringer Reichweite gemacht. Wie wäre es, das Essen mit einer Handbewegung zu bezahlen? Das könnte schon bald gehen – der Grundstein ist längst gelegt: Kleine Chips, die unter die Haut implantiert werden und über NFC funktionieren.

NF… häh?!

NFC ist die Abkürzung für Nahfeldkommunikation. „Nahfeldkommunikation fällt unter radio-frequency identification, also einer berührungslosen Identifikation über Funk.“ erklärt Philipp Wrycza, Wissenschaftlicher Mitarbeiter AutoID-Technologien am Fraunhofer Institut für Materialfluss und Logistik. NFC ist wie Bluetooth oder W-LAN eine Möglichkeit, um Daten zu übertragen. Die Reichweite ist aber sehr viel kleiner. Bei der Unicard oder NFC-Chips, die implantiert werden können, liegt die Reichweite bei etwa 2-4 cm.

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NFC-Chips können ganz unterschiedlich aussehen. Doch im wesentlichen Aufbau unterscheiden sie sich kaum: Es braucht eine Antenne und einen Chip, auf dem eine Speicher- und eine Logikeinheit untergebracht sind. „Die Logikeinheit führt die eigentliche Operation durch, das heißt die Weitergabe der Information.“ erläutert Philipp Wrycza. Sie fungiert quasi als Übersetzer zwischen dem Speicher und dem Empfänger.

In einem Beitrag der Do1-Sendung zum Thema Zukunft begleitet das Do1-Team den Studenten Marc Kirberg dabei, wie er sich einen etwa reiskorngroßen NFC-Chip in den Körper einsetzen lässt.

Was macht den implantierten NFC-Chip aus?

 Die GlashülleBild_GlashülleDer NFC-Chip kommt nicht einfach so in den Körper, er steckt in einer Hülle aus speziellem Glas, damit er einerseits nicht beschädigt und andererseits nicht vom Körper abgestoßen wird.

Dieses spezielle Bioglas unterscheidet sich von „normalem“ Glas durch eine besondere Zusammensetzung der Glasbestandteile wie Quarzsand, Soda, Kalk und anderen. Dadurch enthält es weniger Silicium, dafür mehr Calcium, Soda und Phosphor als herkömmliches Glas. Das erhöht die Biokompatibilität. Zudem ist ihm Eisen(III)-oxid beigemischt, wodurch Infrarotstrahlung gut absorbiert wird.

Das Bioglas bildet nach der Implantation eine calciumreiche Schicht zwischen der Glasoberfläche und dem Gewebe. Das verhindert, dass der Chip mit dem umliegenden Gewebe verwächst. Stattdessen wird er von Fasergewebe eingekapselt.

Die AntenneBild_AntennePassive NFC-Chips wie das Implantat haben keine eigene Stromversorgung. Philipp Wrycza erklärt, was die Antenne deshalb so wichtig macht. „Die Antenne empfängt das elektromagnetische Feld des Senders und versorgt so den passiven NFC-Chip mit Energie. Der NFC-Chip kann dadurch Daten empfangen und senden.“ 

Der Chip

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Auf dem Chip sind die Speicher- und die Logikeinheit untergebracht. Die Speichereinheit speichert die Daten, die Logikeinheit sorgt dafür, dass diese Informationen vom Empfänger korrekt verstanden werden können und umgekehrt. Der implantierte NFC-Chip ist damit ein data-on-tag. Was genau das bedeutet, erklärt Philipp Wrycza an einem Beispiel: Data-on-tag heißt, dass alle Daten auf dem Chip selbst gespeichert werden. QR-Codes hingegen sind Beispiele für data-on-network. Das heißt, es gibt eine Art Link zu einer Datei, in der die Daten hinterlegt sind.“

Vom Telefonkontakt zur digitalen Visitenkarte

Den gesamten Prozess der Datenübertragung von einem Sender, beispielsweise eines Handys auf den NFC-Chip erläutert Philipp Wrycza wie in der Abbildung dargestellt:

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Die sogenannte Middleware, beispielsweise im Handy, stellt notwendige Unterstützung zur Datenübertragung bereit. Dazu gehören unter anderem Informationen über die Lesedauer, also wie lange eine Verbindung aufgebaut wird, den Lesezeitpunkt und die Sendeenergie. Diese werden vom im Handy eingebauten NFC-Leser, dem Reader verarbeitet. Der wiederum aktiviert die Antenne im Handy, die ein elektromagnetisches Feld aufbaut. Nimmt die Antenne eines NFC-Chips so ein Feld auf, aktiviert das den NFC-Chip. Der kann jetzt vom Handy gesendete Informationen speichern, oder bereits hinterlegte Daten an das Handy senden. Diese werden wiederum von der Antenne im Handy aufgenommen, an den Reader geschickt und dort verarbeitet.

Mit dem implantierten NFC-Chip kann der Besitzer auch Sachen machen wie Türen öffnen – vorausgesetzt, die Tür hat ein elektronisches Türschloss und der NFC-Chip ist als „erlaubter Besucher“ im Türschloss abgespeichert. Wenn ihr also demnächst Leute seht, die mit einer Handbewegung Türen öffnen oder ihre Visitenkarte weitergeben, dann ist das keine Hexerei. Es ist „nur“ eine erfolgreiche Unterhaltung zwischen zwei Maschinen.

Beitragsbild von Flickr/ Rain Rabbit

1 Comment

  • Christoph sagt:

    Nachdem ich mir diesen Beitrag durchgelesen habe, bin ich darauf gestoßen, dass sehr stark die technische Seite angesporchen wurde und im Vergleich dazu wenig über die Möglichkeiten geschrieben wurde.
    Diesbezüglich möchte möchte wir gerne Leuten die Möglichkeit bieten, diese Location Based Services selbst auszuprobieren um selbst auszuprobieren, wie sowas funktioniert. Unser CMS-System xamoom, das physische Elemente mit digitalen Inhalten verknüpft, steht jetzt kostenfrei zur Verfügung.

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