Varje receptfri medicinflaska har en skyddande försegling, vanligtvis en plastfolie eller skumlager, eller båda. Dessa tätningar ger tecken på manipuleringsförsök. I en parallell oro förlitar sig Internationella atomenergiorganet på manipuleringsindikerande anordningar för att säkerställa att de vet om behållare med kärnmaterial har öppnats eller manipulerats.
Men precis som en medicinflaska kan öppnas och manipuleringsförseglingarna försiktigt sätts fast igen av en dålig aktör, är IAEA orolig att dess enheter kan kringgås och repareras eller förfalskas. En möjlig lösning? Ingenjörer vid Sandia National Laboratories har utvecklat en banbrytande prototyp som använder "blåmärken" material. Deras innovation upptäcker inte bara manipulering; den nya enheten visar djärvt bevisen, som stridsärr.
"Vår första idé var att skapa ett "blödande" material där det var extremt uppenbart att det hade manipulerats, säger Heidi Smartt, en Sandia elektriker och projektledare. "Sedan gjorde vi en ny anordning med dessa material där skadorna är uppenbara för folk att se. Ingen har någonsin gjort den här typen av koncept för internationell kärnvapensäkerhet tidigare."
Med hjälp av kommersiellt tillgängliga färgade vattenpärlor, en färgskiftande kemisk reaktion och 3D-printade fodral, tillverkade teamet puckformade enheter som blir mörkbruna när de skadas eller trådslingan som träs genom dem dras ut.
Den viktiga delen av den färgförändrande lösningen är en kemikalie som kallas L-DOPA, som kroppen använder för att göra flera vitala signalsubstanser. Denna kemikalie kan reagera med syre för att göra melanin, den bruna kemikalien som ger människors hud, hår och ögon deras färg.
Forskargruppen undersökte flera andra färgförändrande lösningar innan de fastställde att den melaninproducerande reaktionen, ungefär som reaktionen orsakad av garvning, var den mest praktiska, säger Cody Corbin, en materialkemist i Sandia. "Det här har fungerat vackert sedan dess."
Om någon borrar ett litet hål i enheten eller försöker dra ut de inbäddade ledningarna, läcker syrgas in. Väl inuti reagerar syret med den färgskiftande lösningen nära skadan och gör den brun. Med tiden kommer mer syre in, och "blåmärket" växer.
Sandia-prototypenheterna är ungefär lika stora som en bunt med sju amerikanska halvdollarmynt, samma storlek som metallkoppstätningarna som byrån har använt sedan 1960-talet. IAEA förlitar sig på manipuleringsindikerande anordningar som är slingade runt öppningarna på skåp som innehåller viktig övervakningsutrustning. Anordningarna går även på öppningarna i containrar med använt kärnbränsle för att göra eventuell avledning uppenbar.
Men IAEA:s inspektörer måste undersöka dessa enheter och deras trådslingor noggrant, leta och känna efter udda märken, färgskillnader och andra bevis på manipulering. Denna inspektion är tidskrävande och föremål för mänskliga fel. Syftet med Sandia-prototypen är att minska tiden och subjektiviteten för sådana inspektioner.
För att göra fyllningen för prototypenheterna lägger Corbins team till lite vatten till en blandning av klara och färgade vattenpärlor tills de är squishy, sa han. Sedan blandar de pärlorna tills de är små bitar men inte ett fint pulver. När de torkat överför de bitarna till en laboratorieutrustning som kallas handskfack.
Handskfacket har flera par tjocka gummihandskar som gör att forskare kan utföra experiment i en syrefri miljö. Väl inne i handskfacket blötläggs pärlbitarna i den färgskiftande lösningen och sedan häller en forskare blandningen i 3D-printade fodral och förseglar dem. När de är förseglade kan fodralen tas bort.
"Den andra sidan av manipuleringsindikation är att se till att du har unik identifiering för att säkerställa att enheterna inte är lätta att förfalska och ersätta," sa Corbin. "Pärlbitsfärgerna ger den där anti-förfalskningsaspekten. Om någon ville replikera en puck, måste de få varenda röd, blå och grön fläck på samma plats."
Teamet testar nu dussintals puckar under många olika förhållanden som efterliknar olika miljöer de kan användas i, sa Smartt. Detta inkluderar att testa dem vid temperaturer från -22°F till 150°F och under intensivt UV-ljus för att åldra materialen snabbare, upp till motsvarande tre år.
Förra året lämnade teamet in ett patent på det färgförändrande materialet och lämnade nyligen in en patentfortsättning på själva enheten för manipulering. Teamet kan också söka ytterligare federal finansiering för att testa enheterna på fältet och kan söka företagspartners för att licensiera och kommersialisera tekniken. Teamet har också gjort hela manipuleringsindikerande höljen av det färgskiftande materialet som en del av ett annat pågående projekt.
"Från början av vårt arbete med dessa material har vi sett detta som riktigt värdefullt för alla branscher som är oroliga för att manipulera deras förpackningar," sa Smartt. "Jag tror att vi verkligen kan tillföra värde i den visuellt uppenbara aspekten av våra enheter; det är en helt ny sak. Det finns många andra möjliga användningsområden för dessa ögleförslutningar också."
Tillhandahålls av Sandia National Laboratories
