Manipulatie van thermische handtekeningen door BLP’s. (A) Een optisch beeld van een sprinkhaan Gyponana serpenta. Schaalbalk, 1 mm. Inzet: een scanning-elektronenmicroscopie (SEM)-afbeelding van door sprinkhanen geproduceerde brochosomen. Schaalbalk, 500 nm. (B) Van boven naar beneden: driedimensionale (3D) modellen van BLP’s met respectievelijk op-BLP’s en cp-BLP’s. (C) Schematische weergave van informatiecamouflage en weergave door BLP’s. Informatie is verborgen in de binaire array gevormd door BLP’s, die gecamoufleerd is in het zichtbare bereik maar kan worden weergegeven onder infrarood (IR) beeldvormingssystemen. Credit: Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adl4027
In creditcards ingebouwde chips, nationale pepermuntjes gedrukte watermerken en spraakmakende locaties installeerden netvliesscanners, allemaal om dezelfde reden: om informatie te beschermen. Naarmate aanvallers slimmer worden, moet de verdediging dat ook doen.
Sheng Shen, hoogleraar werktuigbouwkunde, heeft samen met medewerkers van de Penn State University een pixel-voor-pixel-benadering van zichtbare camouflage ontwikkeld, in de hoop deze op te schalen voor verbeterde infraroodbewaking, optische beveiliging en bescherming tegen vervalsing. Het onderzoek is gepubliceerd in het journaal Wetenschappelijke vooruitgang.
“Onze medewerkers kwamen naar ons toe met brochosomen – een ‘magische’ structuur die sprinkhanen produceren om een manteleffect te creëren om zich te verbergen voor roofdieren,” zei Shen. “We wilden de optische beperkingen van brochosomen begrijpen om te zien wat we er nog meer mee konden doen.”
Brochosomen zijn 3D-voetbalachtige objecten met holtes op nanoschaal die intern licht absorberen in plaats van het te reflecteren op externe structuren. In de natuur vermoeden biologen dat sprinkhanen hierdoor opgaan in hun achtergrond.
Om de functionaliteit te testen, simuleerde het team twee verschillende versies van de structuur, één met holtes voor lichtabsorptie en één zonder.
“Er bestaat een fundamentele wet in de natuurkunde dat als een structuur energie goed absorbeert, deze een gelijke hoeveelheid energie kan uitstralen”, legt Zhuo Li, Ph.D. uit. kandidaat bij Carnegie Mellon. “We realiseerden ons al snel dat als we beide structuren samenvoegden, de ene meer energie zou uitstralen dan de andere, waardoor de ene op een infraroodcamera helderder zou lijken dan de andere.”
En zo begon de ontwikkeling van de kleinste QR-code ter wereld.
Met behulp van een geavanceerde 3D-printtechniek, ontwikkeld door de medewerkers van Penn State, controleerde het team of elke pixel werd afgedrukt als een structuur met gaten of zonder dat ze een QR-code konden fabriceren die alleen door een infraroodcamera kon worden gelezen.
De code is kleiner dan 2% van een inch en is alleen zichtbaar onder een microscoop, maar beide teams zijn van plan manieren te onderzoeken om deze ook voor commercieel gebruik te schalen.
“Met deze technologie vervormen we uiteindelijk de thermische signatuur van een object”, zegt Li. “We hebben de macht om te verhullen hoe objecten op een infraroodcamera worden weergegeven. Hypothetisch gezien zouden we, als we de brochosoompixels dienovereenkomstig zouden plaatsen, een patrouillewagen kunnen schilderen die als een bestelwagen voor de infraroodbeveiliging zou verschijnen.”
De unieke combinatie van zichtbare camouflage en infraroodweergave van het team creëert nieuwe mogelijkheden voor gegevensversleuteling en optische beveiliging.
“Dit is nog maar het begin van een nieuw onderzoeksgebied dat mijn team kan verkennen”, zegt Sheng. “We hebben infrarood licht genomen en het van een energiedrager in een informatiedrager veranderd.”
Dit onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de Pennsylvania State University: Dr. Lin Wang en professor Tak-Sing Wong.
Meer informatie:
Zhuo Li et al, Brochosoom-geïnspireerde binaire metastructuren voor pixel-voor-pixel thermische handtekeningcontrole, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adl4027
Tijdschriftinformatie:
Wetenschappelijke vooruitgang
Geleverd door Carnegie Mellon University Mechanical Engineering
