Forskare har utvecklat ett sätt att använda kommersiella bläckstråleskrivare och lättillgängligt bläck för att skriva ut dolda bilder som bara är synliga när de belyses med lämpligt polariserade vågor i terahertz -området i det elektromagnetiska spektrumet. Den billiga metoden kan användas som en typ av osynligt bläck för att dölja information i bilder som annars ser normalt ut, gör det möjligt att skilja mellan äkta och förfalskade föremål, till exempel.

"Vi använde silver och kolbläck för att skriva ut en bild bestående av små stavar som är ungefär en millimeter långa och ett par hundra mikron breda, "sa Ajay Nahata från University of Utah, ledare för forskargruppen. "Vi fann att förändring av fraktionen av silver och kol i varje stav ändrar konduktiviteten i varje stav bara något, men visuellt, du kan inte se den här ändringen. Att passera terahertz -strålning med rätt frekvens och polarisering genom matrisen möjliggör extraktion av information som är kodad i konduktiviteten. "

I The Optical Society's journal for high impact research, Optica , forskarna demonstrerade sin nya metod för att dölja bildinformation i en rad tryckta stavar som alla ser nästan identiska ut. De använde tekniken för att dölja både gråskala och 64-färgade QR-koder, och till och med bäddade in två QR -koder i en enda bild, med varje kod synlig med en annan polarisering. För blotta ögat ser bilderna ut som en rad identiska linjer, men sett med terahertz -strålning, den inbäddade QR -kodbilden blir uppenbar.

"Vår mycket lättanvända metod kan skriva ut komplexa stavmönster med varierande konduktivitet, "sa Nahata." Detta kan inte enkelt göras ens med en nanofabriceringsanläggning på flera miljoner dollar. En extra fördel med vår teknik är att den kan prestera mycket billigt. "

Trycka metamaterial

Den nya tekniken möjliggör utskrift av olika former som bildar en typ av metamaterial - syntetiska material som uppvisar egenskaper som vanligtvis inte finns i naturen. Även om det finns ett stort intresse för att manipulera metamaterial för att bättre kontrollera spridningen av ljus, de flesta tekniker kräver dyr litografiutrustning som finns i nanofabrikationsanläggningar för att mönstra materialet på ett sätt som ger önskade egenskaper.

Nahata och hans kollegor har tidigare utvecklat en enkel metod för att använda en bläckstråleskrivare för att applicera bläck gjorda av silver och kol, som kan köpas från specialbutiker online. De ville se om deras bläckstråleutskriftsteknik kunde skapa olika konduktiviteter, en parameter som vanligtvis är svår att modifiera eftersom den kräver att man ändrar typen av metall som appliceras på varje rumslig plats. Att göra detta med standard litografi skulle vara tidskrävande och dyrt eftersom varje metall skulle behöva appliceras i en separat process.

"När vi tryckte ut dessa stavar såg vi att i många fall, vi kunde inte visuellt se skillnaden mellan olika konduktiviteter, "sa Nahata." Det ledde till tanken att använda detta för att koda en bild utan att det behövs standardkrypteringsmetoder. "

Skapa dolda bilder

För att se om de kan använda metoden för att koda information, forskarna skrev ut tre typer av QR -koder, var 72 x 72 pixlar. För en QR -kod använde de matriser av stavar för att skapa nio olika konduktiviteter, varje kodning för en grå nivå. När de avbildade denna QR -kod med terahertz -belysning, bara 2,7 procent av stavarna gav värden som skilde sig från det som designades. Forskarna använde också stavar tryckta i en korsformation för att skapa två separata QR -koder som var och en kunde läsas med en annan polarisering av terahertz -strålning.

Teamet skapade sedan en färg-QR-kod med hjälp av icke-överlappande stavar med tre olika längder för att skapa varje pixel. Varje pixel i bilden innehöll samma stavmönster men varierade i konduktivitet. Genom att ordna stavarna på ett sätt som minimerar fel, forskarna skapade tre överlappande QR -koder som motsvarar RGB -färgkanaler. Eftersom varje pixel innehöll fyra olika konduktiviteter som var och en kunde motsvara en färg, totalt 64 färger observerades i den slutliga bilden. Forskarna sa att de sannolikt kan uppnå ännu mer än 64 färger med förbättringar i utskriftsprocessen.

"Vi har skapat förmågan att tillverka strukturer som kan ha angränsande celler, eller pixlar, med mycket olika konduktiviteter och visat att konduktiviteten kan avläsas med hög trohet, "sa Nahata." Det betyder att när vi skriver ut en QR -kod, vi ser QR -koden och inte någon suddighet eller blödning av färger. "

Med de mycket billiga (under $ 60) skrivare som används i papperet, tekniken kan producera bilder med en upplösning på cirka 100 mikron. Med något dyrare men fortfarande kommersiellt tillgängliga skrivare, 20-mikron upplösning bör kunna uppnås. Även om forskarna använde QR -koder som är relativt enkla och små, tekniken kan användas för att bädda in information i mer komplexa och detaljerade bilder med hjälp av en större duk.

Nahatas team använde terahertz -strålning för att läsa den kodade informationen eftersom våglängderna i denna region är bäst lämpade för att avbilda upplösningen från kommersiella bläckstråleskrivare. Forskarna arbetar nu med att utöka sin teknik så att bilderna kan förhöras med synliga, snarare än terahertz, våglängder. Denna utmanande strävan kommer att kräva att forskarna bygger nya skrivare som kan producera mindre stavar för att bilda bilder med högre upplösning.

Forskarna undersöker också möjligheten att utveckla ytterligare funktioner som kan göra den inbäddade informationen ännu säkrare. Till exempel, de kan göra bläck som kan behöva värmas upp eller exponeras för ljus med en viss våglängd innan informationen skulle vara synlig med lämplig terahertz -strålning.