Oprettelse af 3-D-billeder med almindelig blæk

Denne måned, 5, 000 karakteristiske dåser Fuzzy Logic-øl vil dukke op på de lokale hylder som en del af Massachusetts-baserede Portico Brewings forsøg på at skille sig ud i den æstetisk konkurrenceprægede verden af ​​håndværksøl.

Dåserne har iøjnefaldende arrays af holografiske trekanter, der fremstår tredimensionelle i visse vinkler. Nysgerrige drikkere kan måske dreje på dåserne og gætte på, hvordan Portico opnåede de varierende, næsten skinnende udseende. Blev der brugt specielle linser eller folier? Er de optiske effekter resultatet af en dyr, holografisk film?

Det viser sig, at det tager to MIT Ph.D.'er til fuldt ud at forklare teknologien bag dåsens udseende. Designet er resultatet af Porticos samarbejde med Lumii, en startup grundlagt af Tom Baran SM, Ph.D. og Matt Hirsch SM, Ph.D.

Lumii bruger komplekse algoritmer til præcist at placere titusinder af punkter af blæk på to sider af klar film for at skabe lysfelter, der opnår de samme visuelle effekter som specielle film og linser. Designene tilføjer dybde, bevægelse, og kromatisk effekt til pakker, etiketter, ID'er, og mere.

"Vi beskriver [teknologien] forskelligt for forskellige folkemængder, " siger Baran. "Du kan formulere dette som et maskinlæringsproblem eller et signalbehandlingsproblem, men i slutningen af ​​dagen ser vi det som et optimeringsproblem. For at fremstille et tredimensionelt billede, du kan placere blækprikker, så du får en perfekt gengivelse af et tredimensionelt billede fra ét perspektiv. Så kunne du rotere printet og sige:"Nu er perspektivet væk, så jeg skal justere alle prikkerne igen, "og det vil ødelægge tingene fra det første perspektiv. Vi gør det muligt at få et tredimensionelt billede ved at bruge kun to lag blæk fra så mange perspektiver som muligt."

Lumii driver ikke sine egne trykkerier. I stedet samarbejder virksomheden med pakkeproducenter, som ofte bliver overrasket over at høre, at de maskiner, de har brugt i årtier, er i stand til at udskrive designs med sådanne specielle effekter.

Portico-samarbejdet er Lumiis første projekt inden for emballage, og grundlæggerne håber, at det tjener som teknisk validering for de store producenter, der skaber pakker til verdens største mærker.

"[Portico-mærkeproducenterne] bruger udstyr, der kan starte ved 5, 000 enheder og gå op til hundredvis af millioner om året, " siger Baran. "Vores teknologi kan blæse folk væk, men de mennesker, der laver pakkeudskrivning siger, "Det her er smukt; jeg skal bare sørge for, at jeg kan tjene hundrede millioner af disse, hvis jeg skal." Det er, hvad dette projekt gør."

Teknologi til effekter

Baran og Hirsch mødtes som bachelorer på Tufts University og holdt kontakten, da de begge kom til MIT for deres kandidatgrader. Hirschs ph.d. arbejde på Media Lab fokuseret på at bruge algoritmer til at få noget til at fremstå tredimensionelt, uden smarte kameraer eller skærme.

"Udfordringen med at få noget til at se 3D ud handler ikke kun om pixels på en skærm, men om lysstråler i rummet, Hirsch forklarer. "For at få et 3D-billede af høj kvalitet, for hver pixel på din skærm skal du have potentielt hundredvis af forskellige synspunkter for at replikere en virkelighed, så problemet er sværere end blot at bruge brute force til at bygge et finere optisk system til at repræsentere det."

Barans forskning i nye klasser af et felt af matematik kaldet ikke-konveks optimering gjorde det muligt for Lumii at behandle billioner af lysstråler for at skabe dens design.

Hirsch vidste, at han ville starte en virksomhed omkring den teknologi, han havde arbejdet med til sin ph.d. og Lumii blev officielt indlemmet i 2015, da Baran kom til.

Grundlæggerne modtog støtte fra MIT's Venture Mentoring Service og den Media Lab-tilknyttede E14 Fund.

I 2016 de deltog i MassChallenge, hvor de besluttede at gå fra digitale skærme til print, som repræsenterede et større marked, men et meget mere komplekst problem.

"På et digitalt display, 8K [eller 8, 000 pixels] er høj opløsning, " siger Baran. "Men hvis jeg tager et blad og river en side af det, Jeg har formentlig flere milliarder pixels på den ene side."

Stadig, størrelsen af ​​de forskellige kommercielle trykkerier gjorde dem værd at være den ekstra kompleksitet. For eksempel, Baran siger, at forbrugspakkede varer alene repræsenterer en industri på 200 milliarder dollars.

"Da vi første gang læste nogle af tallene for pakkeudskrivning, vi troede, "Det her lyder skørt." Men alt hvad vi køber, hvert produkt vi forbruger, har en form for sprog eller etiket på sig, " siger Baran. "Det er så gennemgående, at folk ikke engang tænker over det."

En type emballage, som grundlæggerne er særligt fokuserede på, er krympemuffen - den allestedsnærværende plastfolie, der dækker produkter fra mundskyl til energidrikke og sprayrens. Lumii har også tiltrukket sig opmærksomhed i sikkerhedssektoren for applikationer som ID-kort, som ofte er afhængige af dyre folier for at opnå holografiske effekter.

Ved at opkræve et mindre gebyr for sine designs, Hirsch siger, at Lumii tilbyder betydelige omkostningsbesparelser for pakkeproducenter sammenlignet med at bruge holografiske folier og linser, der kan være upraktiske ved de store mængder, der kræves til kommerciel emballage.

"Der er ikke særlig ofte direkte konkurrenter til det, vi laver, " siger Hirsch. "Vi ser vores teknologi som mere komplementær. Hvis du bruger noget som en farvestrålende blæk, vi kan bruge det blæk sammen med vores teknologi."

Fordi Lumiis algoritmer erstatter folier og andre etiketmaterialer, de kan også gøre flasker og dåser genanvendelige, som ikke var tidligere, en fordel, der har givet genlyd hos mange potentielle kunder.

En berusende milepæl

Mange forbrugermærker eksporterer produktionen af ​​deres emballage til en gruppe store producenter. Hirsch og Baran har imponeret nogle af disse producenter med deres design, men det har været svært at blive integreret i produktionslinjer.

"En af de ting, vi har indset, er, at det er virkelig vigtigt at være i stand til at bevise over for folk, at det vil fungere på deres samlebånd, og der er betydelige udfordringer med at få folk til at reservere tid til at prøve dine eksperimenter på deres linje, " siger Baran.

Det er det, der gør Portico-projektet så vigtigt for Lumii. Portico ønskede et iøjnefaldende design til sine nye Fuzzy Logic dåser, men den kunne ikke ændre de materialer eller udstyr, den brugte. Dåserne bruger en 45 mikron tyk krympemanchet, et relativt tyndt materiale, der ville teste Lumiis teknologi.

Dette materiale bruges også af mange store forbrugermærker og repræsenterede derfor en perfekt måde at demonstrere Lumiis potentiale for store virksomheder på tværs af brancher.

"Portico-projektet er verifikation af, at det, vi laver, fungerer med et materiale, der kan anvendes på tværs af en bred vifte af forskellige markeder, " siger Baran. "Bare det faktum, at det arbejder på den slags materialer, er en stor sag for os."

Nu hvor de har fået deres design på hylderne, Grundlæggerne skal beslutte, hvordan de vil fokusere deres indsats for at sprede Lumiis teknologi på pakker og etiketter overalt.

"Vi tænker, "Hvilke industrier er, hvor vi kan have den største indflydelse?"," siger Baran. "Vi kan se reaktionen på folks ansigter, når de ser deres trykpresse udskrive ting, der er 3D. Det vil vi gerne levere flere steder."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.