Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om commerciële inkjetprinters en gemakkelijk verkrijgbare inkt te gebruiken om verborgen afbeeldingen af ​​te drukken die alleen zichtbaar zijn wanneer ze worden verlicht met correct gepolariseerde golven in het terahertz-gebied van het elektromagnetische spectrum. De goedkope methode zou kunnen worden gebruikt als een soort onzichtbare inkt om informatie te verbergen in verder normaal ogende afbeeldingen, het mogelijk maken om onderscheid te maken tussen authentieke en nagemaakte artikelen, bijvoorbeeld.

"We hebben zilver- en koolstofinkt gebruikt om een ​​afbeelding af te drukken die bestaat uit kleine staafjes van ongeveer een millimeter lang en een paar honderd micron breed, " zei Ajay Nahata van de Universiteit van Utah, leider van het onderzoeksteam. "We ontdekten dat het veranderen van de fractie zilver en koolstof in elke staaf de geleidbaarheid in elke staaf slechts een klein beetje verandert, maar visueel, u kunt deze wijziging niet zien. Door terahertz-straling met de juiste frequentie en polarisatie door de array te laten gaan, kan informatie worden geëxtraheerd die in de geleidbaarheid is gecodeerd."

In het tijdschrift The Optical Society voor high impact research, optiek , de onderzoekers demonstreerden hun nieuwe methode om beeldinformatie te verbergen in een reeks bedrukte staafjes die er allemaal bijna identiek uitzien. Ze gebruikten de techniek om zowel grijswaarden als 64-kleuren QR-codes te verbergen. en zelfs twee QR-codes in een enkele afbeelding ingesloten, waarbij elke code zichtbaar is met een andere polarisatie. Met het blote oog zien de afbeeldingen eruit als een reeks identiek uitziende lijnen, maar wanneer bekeken met terahertz-straling, het ingebedde QR-codebeeld wordt duidelijk.

"Onze zeer gebruiksvriendelijke methode kan complexe patronen van staven printen met variërende geleidbaarheid, "zei Nahata. "Dit kan niet gemakkelijk worden gedaan, zelfs niet met behulp van een nanofabricagefaciliteit van meerdere miljoenen dollars. Een bijkomend voordeel van onze techniek is dat deze zeer goedkoop kan worden uitgevoerd."

Metamaterialen afdrukken

De nieuwe techniek maakt het mogelijk om verschillende vormen te printen die een soort metamateriaal vormen - synthetische materialen die eigenschappen vertonen die normaal niet in de natuur voorkomen. Hoewel er veel interesse is in het manipuleren van metamaterialen om de verspreiding van licht beter te beheersen, de meeste technieken vereisen dure lithografie-apparatuur die wordt aangetroffen in nanofabricagefaciliteiten om het materiaal te modelleren op een manier die de gewenste eigenschappen oplevert.

Nahata en zijn collega's ontwikkelden eerder een eenvoudige methode om een ​​standaard inkjetprinter te gebruiken om inkten van zilver en koolstof aan te brengen, die online bij speciaalzaken kan worden gekocht. Ze wilden zien of hun inkjetprinttechniek verschillende geleidbaarheden kon creëren, een parameter die doorgaans moeilijk te wijzigen is omdat het vereist dat het type metaal dat op elke ruimtelijke locatie wordt toegepast, moet worden gewijzigd. Om dit te doen met behulp van standaard lithografie zou tijdrovend en duur zijn omdat elk metaal in een afzonderlijk proces zou moeten worden aangebracht.

"Terwijl we deze staven aan het printen waren, zagen we dat, vaak, we konden het verschil tussen verschillende geleidbaarheid niet visueel zien, "zei Nahata. "Dat leidde tot het idee om dit te gebruiken om een ​​afbeelding te coderen zonder de noodzaak van standaard coderingsbenaderingen."

Verborgen afbeeldingen maken

Om te zien of ze de methode konden gebruiken om informatie te coderen, de onderzoekers printten drie soorten QR-codes, elk 72 bij 72 pixels. Voor één QR-code gebruikten ze reeksen staven om negen verschillende geleidbaarheid te creëren, elke codering voor één grijsniveau. Toen ze deze QR-code afbeeldden met terahertz-verlichting, slechts 2,7 procent van de staven gaf waarden die afweken van wat was ontworpen. De onderzoekers gebruikten ook staafjes die in een kruisformatie waren gedrukt om twee afzonderlijke QR-codes te maken die elk konden worden gelezen met een verschillende polarisatie van terahertz-straling.

Het team creëerde vervolgens een QR-code in kleur door niet-overlappende staven van drie verschillende lengtes te gebruiken om elke pixel te maken. Elke pixel in de afbeelding bevatte hetzelfde patroon van staafjes maar varieerde in geleidbaarheid. Door de staven zo te rangschikken dat fouten tot een minimum worden beperkt, de onderzoekers creëerden drie overlappende QR-codes die overeenkomen met RGB-kleurkanalen. Omdat elke pixel vier verschillende geleidbaarheden bevat die elk kunnen corresponderen met een kleur, in het uiteindelijke beeld werden in totaal 64 kleuren waargenomen. De onderzoekers zeiden dat ze waarschijnlijk zelfs meer dan 64 kleuren zouden kunnen bereiken met verbeteringen in het drukproces.

"We hebben de mogelijkheid gecreëerd om structuren te fabriceren die aangrenzende cellen kunnen hebben, of pixels, met zeer verschillende geleidbaarheden en aangetoond dat de geleidbaarheid met hoge getrouwheid kan worden afgelezen, " zei Nahata. "Dat betekent dat wanneer we een QR-code afdrukken, we zien de QR-code en geen vervaging of uitlopen van kleuren."

Met de zeer goedkope (minder dan $ 60) printers die in het papier worden gebruikt, de techniek kan beelden produceren met een resolutie van ongeveer 100 micron. Met wat duurdere maar nog steeds in de handel verkrijgbare printers, Een resolutie van 20 micron moet haalbaar zijn. Hoewel de onderzoekers QR-codes gebruikten die relatief eenvoudig en klein zijn, de techniek zou kunnen worden gebruikt om informatie in complexere en gedetailleerdere afbeeldingen in te bedden met een groter canvas.

Het team van Nahata gebruikte terahertz-straling om de gecodeerde informatie te lezen, omdat de golflengten in dit gebied het best geschikt zijn voor het weergeven van de resolutie die beschikbaar is van commerciële inkjetprinters. De onderzoekers werken nu aan het uitbreiden van hun techniek, zodat de beelden kunnen worden ondervraagd met zichtbare, in plaats van terahertz, golflengten. Deze uitdagende onderneming vereist dat de onderzoekers nieuwe printers bouwen die kleinere staafjes kunnen produceren om afbeeldingen met hogere resoluties te vormen.

De onderzoekers onderzoeken ook de mogelijkheid om aanvullende mogelijkheden te ontwikkelen die de ingebedde informatie nog veiliger kunnen maken. Bijvoorbeeld, ze zouden inkt kunnen maken die misschien moet worden verwarmd of blootgesteld aan licht van een bepaalde golflengte voordat de informatie zichtbaar zou zijn met behulp van de juiste terahertz-straling.