Den här månaden, 5, 000 distinkta burkar Fuzzy Logic-öl kommer att dyka upp på lokala hyllor som en del av Massachusetts-baserade Portico Brewings försök att sticka ut i den estetiskt konkurrensutsatta världen av hantverksöl.

Burkarna har iögonfallande uppsättningar av holografiska trianglar som verkar tredimensionella i vissa vinklar. Nyfikna drinkare kan vrida på burkarna och gissa hur Portico uppnådde de varierande, nästan glänsande utseende. Användes speciella linser eller folier? Är de optiska effekterna resultatet av en dyr, holografisk film?

Det visar sig att det krävs två MIT Ph.D.s för att helt förklara tekniken bakom burkens utseende. Designen är resultatet av Porticos samarbete med Lumii, en startup grundad av Tom Baran SM, Ph.D. och Matt Hirsch SM, Ph.D.

Lumii använder komplexa algoritmer för att exakt placera tiotals miljoner punkter av bläck på två sidor av klar film för att skapa ljusfält som uppnår samma visuella effekter som specialfilmer och linser. Designen ger djup, rörelse, och kromatisk effekt på paket, etiketter, ID:n, och mer.

"Vi beskriver [tekniken] olika för olika folkmassor, " säger Baran. "Du kan formulera detta som ett maskininlärningsproblem eller ett signalbehandlingsproblem, men i grund och botten tänker vi på det som ett optimeringsproblem. För att skapa en tredimensionell bild, du kan placera bläckprickar så att du får en perfekt återgivning av en tredimensionell bild från ett perspektiv. Sedan kan du rotera utskriften och säga, "Nu är perspektivet borta, så jag måste justera om alla prickar, "och det kommer att förstöra saker från det första perspektivet. Vi gör det möjligt att ha en tredimensionell bild med bara två lager bläck från så många perspektiv som möjligt."

Lumii driver inga egna tryckpressar. Istället samarbetar företaget med förpackningstillverkare, som ofta blir förvånade när de får reda på att de maskiner de har använt i decennier kan skriva ut mönster med sådana specialeffekter.

Portico-samarbetet är Lumiis första projekt inom förpackning, och grundarna hoppas att det ska fungera som teknisk validering för de stora tillverkarna som skapar paket för världens största varumärken.

"[Portico-etiketttillverkarna] använder utrustning som kan börja vid 5, 000 enheter och gå upp till hundratals miljoner per år, " säger Baran. "Vår teknik kan blåsa bort människor, men de som gör paketutskrifter säger, "Det här är vackert, jag måste bara se till att jag kan tjäna hundra miljoner av dessa om jag måste." Det är vad det här projektet gör."

Teknik för effekter

Baran och Hirsch träffades som studenter vid Tufts University och höll kontakten när de båda kom till MIT för sina examen. Hirschs Ph.D. arbete på Media Lab fokuserat på att använda algoritmer för att få något att framstå som tredimensionellt, utan snygga kameror eller bildskärmar.

"Utmaningen att få något att se 3D ut handlar inte bara om pixlar på en skärm utan om ljusstrålar i rymden, Hirsch förklarar. "För att ha en 3D-bild av hög kvalitet, för varje pixel på din skärm måste du ha potentiellt hundratals olika synpunkter för att replikera en verklighet, så problemet är svårare än att bara använda brute force för att bygga ett finare optiskt system för att representera det."

Barans forskning om nya klasser inom ett matematikfält som kallas icke-konvex optimering gjorde det möjligt för Lumii att bearbeta biljoner ljusstrålar för att skapa dess design.

Hirsch visste att han ville starta ett företag kring tekniken han arbetat med för sin doktorsexamen, och Lumii införlivades officiellt 2015 när Baran gick med.

Grundarna fick stöd från MIT:s Venture Mentoring Service och den Media Lab-anslutna E14 Fund.

2016, de gick in i MassChallenge, där de bestämde sig för att gå från digitala displayer till trycksaker, som representerade en större marknad men ett mycket mer komplext problem.

"På en digital display, 8K [eller 8, 000 pixlar] är högupplöst, " säger Baran. "Men om jag tar en tidning och river av en sida från den, Jag har förmodligen flera miljarder pixlar på den där sidan."

Fortfarande, storleken på de olika kommersiella trycksektorerna gjorde dem värda den extra komplexiteten. Till exempel, Baran säger att enbart konsumentförpackade varor representerar en industri på 200 miljarder dollar.

"När vi först läste några av siffrorna för paketutskrift, vi trodde, "Det här låter galet." Men allt vi köper, varje produkt vi konsumerar, har någon form av språk eller etikett på sig, " säger Baran. "Det är så genomgripande att folk inte ens tänker på det."

En typ av förpackning som grundarna är särskilt fokuserade på är krymphylsan – den allestädes närvarande plastfolien som täcker produkter från munvatten till energidrycker och sprayrengöringsmedel. Lumii har också uppmärksammats inom säkerhetssektorn för applikationer som ID-kort, som ofta förlitar sig på dyra folier för att uppnå holografiska effekter.

Genom att ta ut en liten avgift för dess design, Hirsch säger att Lumii erbjuder betydande kostnadsbesparingar för förpackningstillverkare jämfört med att använda holografiska folier och linser som kan vara opraktiska vid de höga volymer som krävs för kommersiell förpackning.

"Det finns inte så ofta direkta konkurrenter till det vi gör, Hirsch säger. "Vi ser vår teknik som mer komplementär. Om du använder något som ett färgstarkt bläck, vi kan använda det bläcket i kombination med vår teknik."

Eftersom Lumiis algoritmer ersätter folier och andra etikettmaterial, de kan också göra flaskor och burkar återvinningsbara som inte var tidigare, en fördel som har fått resonans hos många potentiella kunder.

En berusande milstolpe

Många konsumentvarumärken exporterar produktionen av sina förpackningar till en grupp stora tillverkare. Hirsch och Baran har imponerat på några av dessa tillverkare med sin design, men det har varit svårt att integreras i produktionslinjer.

"En av de saker vi har insett är att det är väldigt viktigt att kunna bevisa för människor att det kommer att fungera på deras löpande band, och det finns betydande utmaningar att få folk att reservera tid för att prova dina experiment på deras linje, säger Baran.

Det är det som gör Portico-projektet så betydelsefullt för Lumii. Portico ville ha en iögonfallande design för sina nya Fuzzy Logic-burkar, men den kunde inte ändra material eller utrustning som den använde. Burkarna använder en 45 mikron tjock krymphylsa, ett relativt tunt material som skulle testa Lumiis teknologi.

Det materialet används också av många stora konsumentvarumärken och representerade därför ett perfekt sätt att visa Lumiis potential för stora företag inom olika branscher.

"Portico-projektet är verifiering av att det vi gör fungerar med ett material som kan appliceras på ett brett spektrum av olika marknader, Baran säger. "Bara det faktum att det arbetar med den typen av material är en stor sak för oss."

Nu när de har fått sin design på hyllorna, grundarna måste bestämma hur de ska fokusera sina ansträngningar för att sprida Lumiis teknologi på förpackningar och etiketter överallt.

"Vi tänker, "Vilka är de branscher där vi kan ha störst inverkan?", säger Baran. "Vi får se reaktionen på folks ansikten när de ser sin tryckpress skriva ut saker som är 3D. Vi vill leverera det till fler platser."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.