Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Mikro-mirage:Forskere fremstiller verdens mindste QR-kode ved hjælp af infrarød informationsbærer

Termisk signaturmanipulation af BLP'er. (A) Et optisk billede af en bladhopper Gyponana serpenta. Skalastang, 1 mm. Indsæt:Et scanning elektronmikroskopi (SEM) billede af bladhopper-producerede brochosomer. Målestok, 500 nm. (B) Top til bund:Tredimensionelle (3D) modeller af BLP'er med henholdsvis op-BLP'er og cp-BLP'er. (C) Skematisk informationscamouflage og visning af BLP'er. Information er skjult i det binære array dannet af BLP'er, som er camoufleret i det synlige område, men kan vises under infrarøde (IR) billedsystemer. Kredit:Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl4027

Kreditkort indlejrede chips, nationale mønter trykte vandmærker og højprofilerede steder installerede nethindescannere alt sammen af ​​samme grund - for at beskytte information. Efterhånden som angribere bliver klogere, bliver forsvar også.



Sheng Shen, professor i maskinteknik, har sammen med samarbejdspartnere ved Penn State University udviklet en pixel-for-pixel tilgang til synlig camouflage med håb om at skalere den til forbedret infrarød overvågning, optisk sikkerhed og beskyttelse mod forfalskning. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Science Advances .

"Vores samarbejdspartnere kom til os med brochosomer - en 'magisk' struktur, bladhoppere producerer for at skabe en kappeeffekt, som de kan skjule for rovdyr," sagde Shen. "Vi ønskede at forstå brochosomers optiske begrænsninger for at se, hvad vi kunne gøre mere med dem."

Brochosomer er 3D-fodboldlignende objekter med hulrum i nanoskala, der internt absorberer lys i stedet for at reflektere det på udvendige strukturer. I naturen har biologer mistanke om, at dette tillader bladhoppere at blande sig med deres baggrund.

For at teste funktionaliteten simulerede holdet to forskellige versioner af strukturen, en med hulrum til lysabsorption og en uden.

"Der er en grundlæggende lov i fysik, at hvis en struktur er en god absorber af energi, kan den udsende en lige stor mængde energi," forklarede Zhuo Li, Ph.D. kandidat hos Carnegie Mellon. "Vi indså hurtigt, at hvis vi satte begge strukturer sammen, ville den ene udsende mere energi end den anden. Det ville få den ene til at virke lysere for et infrarødt kamera end den anden."

Kredit:Carnegie Mellon University Mechanical Engineering

Og så begyndte udviklingen af ​​verdens mindste QR-kode.

Ved at bruge en avanceret 3D-printteknik, udviklet af Penn State-samarbejdspartnerne, kontrollerede holdet, om hver pixel blev printet som en struktur med huller eller uden at tillade dem at fremstille en QR-kode, der kunne læses af infrarødt kamera alene.

Med en størrelse på mindre end 2 % af en tomme er koden kun synlig under et mikroskop, men begge hold planlægger også at udforske måder at skalere den til kommerciel brug.

"Med denne teknologi forvrænger vi i sidste ende et objekts termiske signatur," sagde Li. "Vi har magten til at skjule, hvordan objekter vises på et infrarødt kamera. Hypotetisk, hvis vi lagde brochosome pixels i overensstemmelse hermed, kunne vi male en patruljevogn, så den fremstår som en varevogn til infrarød sikkerhed."

Holdets unikke kombination af synlig camouflage og infrarød skærm skaber nye muligheder for datakryptering og optisk sikkerhed.

"Dette er kun starten på et nyt forskningsområde, mit team kan udforske," sagde Sheng. "Vi har taget infrarødt lys og forvandlet det fra en energibærer til en informationsbærer."

Denne forskning blev udført i samarbejde med forskere fra Pennsylvania State University:Dr. Lin Wang og professor Tak-Sing Wong.

Flere oplysninger: Zhuo Li et al, Brochosom-inspirerede binære metastrukturer til pixel-for-pixel termisk signaturkontrol, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl4027

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Carnegie Mellon University Mechanical Engineering




Varme artikler