Профессор машиностроения Университета Карнеги-Меллона Шэнг Шэнь с сотрудниками Пенсильванского госуниверситета создали технологию пиксельного масштаба для улучшения инфракрасного контроля, обеспечения безопасности с использованием оптических систем и защиты от подделок. Исследование опубликовали в журнале Science Advances («Научные достижения»).
Шэнь рассказал, что у них возникла идея изучить и позаимствовать лучшее у природного средства защиты и маскировки — брохосом. Если совсем просто, то это микроскопическая и вместе с тем удивительная по строению «пыльца» животного происхождения. Выделяют их насекомые из семейства цикадок (Cicadellidae). Брохосомы представляют собой белковые гранулы в форме усечённого икосаэдра диаметром 0,2–0,7 микрометра с ячеистой структурой, то есть похожие на футбольные мячи.
Лапками цикадки переносят брохосомы с брюшка на разные участки тела. Некоторые виды также запудривают брохосомами кладку яиц для маскировки. Ячейки на брохосомах — это соответственно наномасштабные полости, которые поглощают свет. Биологи предполагают, что их свойства позволяют насекомым сливаться с фоном.
Для проверки эффективности инженеры смоделировали две разные версии таких ячеистых гранул, одну с полостями для поглощения света, а другую без.
Чжо Ли из Университета Карнеги-Меллона — соавтор прикладного достижения. Он объяснил, что, согласно фундаментальному закону физики, если структура является хорошим поглотителем энергии, то она же может излучать соответствующее количество энергии. Так учёные поняли: если соединить две структуры вместе, то одна будет излучать больше энергии, чем другая. В результате инфракрасная камера будет воспринимать одну из них как более яркую. Так началась разработка мельчайшего в мире QR-кода.
Используя передовую технологию 3D-печати, изобретённую в Пенсильванском госуниверситете, инженеры контролировали, печатался ли каждый пиксель в виде структуры с отверстиями или без них. Технология позволила изготовить QR-код, читаемый только ИК-камерой.
Размер кода такой, что его можно увидеть только под микроскопом. Впрочем, его можно сделать настолько большим, насколько понадобится для коммерческого использования.
Ли объяснил, что с помощью новой технологии удаётся искажать так называемую тепловую сигнатуру объектов. При этом появляется возможность маскировать отображение объектов на инфракрасной камере. Он привёл такой пример: теоретически пиксели брохосом можно сориентировать так, что патрульная машину выглядела бы как фургон службы доставки.
Уникальное сочетание видимого камуфляжа и отображения в инфракрасном диапазоне создаёт новые возможности для шифрования данных и оптической безопасности.
Шэнг Шэнь добавил, что их команде исследователей удалось не просто по-новому использовать инфракрасное излучение, но и превратить его из носителя энергии в носитель информации.
