Kreditkort inbäddade chips, nationella myntmärken tryckta vattenstämplar och högprofilerade platser installerade retina skannrar allt av samma anledning - för att skydda information. När angripare blir smartare, måste försvaret också göra det.
Sheng Shen, professor i maskinteknik, har tillsammans med medarbetare vid Penn State University utvecklat en pixel-för-pixel-metod för synligt kamouflage med hopp om att skala det för förbättrad infraröd övervakning, optisk säkerhet och skydd mot förfalskning. Forskningen är publicerad i tidskriften Science Advances .
"Våra medarbetare kom till oss med brochosomer - en "magisk" struktur som bladhoppare producerar för att skapa en manteleffekt att dölja från rovdjur, säger Shen. "Vi ville förstå brochosomers optiska begränsningar för att se vad mer vi kunde göra med dem."
Brochosomer är 3D-fotbollsliknande föremål med håligheter i nanoskala som internt absorberar ljus istället för att reflektera det på yttre strukturer. I naturen misstänker biologer att detta gör att bladhoppare kan smälta in i sin bakgrund.
För att testa funktionaliteten simulerade teamet två olika versioner av strukturen, en med håligheter för ljusabsorption och en utan.
"Det finns en grundläggande lag inom fysiken att om en struktur är en bra absorbator av energi kan den avge lika mycket energi," förklarade Zhuo Li, Ph.D. kandidat på Carnegie Mellon. "Vi insåg snabbt att om vi sätter ihop båda strukturerna skulle den ena avge mer energi än den andra. Det skulle få den ena att se ljusare ut för en infraröd kamera än den andra."
Och så började utvecklingen av världens minsta QR-kod.
Med hjälp av en avancerad 3D-utskriftsteknik, utvecklad av Penn State-samarbetspartnerna, kontrollerade teamet om varje pixel skrevs ut som en struktur med hål eller utan att tillåta dem att tillverka en QR-kod som kan läsas av enbart infraröd kamera.
Med en storlek på mindre än 2 % av en tum är koden bara synlig i mikroskop men båda teamen planerar att utforska sätt att skala den för kommersiellt bruk också.
"Med den här tekniken förvränger vi i slutändan ett objekts termiska signatur," sa Li. "Vi har makten att dölja hur objekt visas på en infraröd kamera. Hypotetiskt, om vi lägger brochosompixlarna i enlighet därmed, skulle vi kunna måla en patrullbil för att framstå som en leveransbil till infraröd säkerhet."
Teamets unika kombination av synligt kamouflage och infraröd display skapar nya möjligheter för datakryptering och optisk säkerhet.
"Detta är bara början på ett nytt forskningsområde som mitt team kan utforska", sa Sheng. "Vi har tagit infrarött ljus och förvandlat det från en energibärare till en informationsbärare."
Denna forskning utfördes i samarbete med forskare från Pennsylvania State University:Dr Lin Wang och professor Tak-Sing Wong.
Mer information: Zhuo Li et al, Brochosom-inspirerade binära metastrukturer för pixel-för-pixel termisk signaturkontroll, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl4027
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Carnegie Mellon University Mechanical Engineering