«Мы использовали серебряные и угольные чернила для печати изображения, состоящего из маленьких стержней длиной около миллиметра и шириной в пару сотен микрон», — сказал Аджай Нахата из Университета Юты, руководитель исследовательской группы. «Мы обнаружили, что изменение доли серебра и углерода в каждом стержне незначительно меняет проводимость в каждом стержне, но визуально вы не можете увидеть это изменение. Пропуск терагерцового излучения с правильной частотой и поляризацией через массив позволяет извлекать информацию закодировано в проводимости ".В журнале оптических исследований Optica исследователи продемонстрировали свой новый метод скрытия информации изображения в массиве печатных стержней, которые все выглядят почти одинаково.
Они использовали эту технику, чтобы скрыть как полутоновые, так и 64-цветные QR-коды, и даже встроили два QR-кода в одно изображение, причем каждый код можно было просматривать с разной поляризацией. Невооруженным глазом изображения выглядят как массив идентичных линий, но при просмотре с терагерцовым излучением изображение встроенного QR-кода становится очевидным.«Наш очень простой в использовании метод позволяет печатать сложные образцы стержней с различной проводимостью», — сказал Нахата. «Это нелегко сделать даже с использованием многомиллионного предприятия по производству нанофабрикатов.
Дополнительным преимуществом нашей технологии является то, что ее можно выполнять очень недорого».Печать метаматериаловНовая технология позволяет печатать различные формы, которые образуют метаматериал — синтетические материалы, обладающие свойствами, которые обычно не существуют в природе.
Хотя существует большой интерес к манипулированию метаматериалами для лучшего управления распространением света, для большинства методов требуется дорогостоящее литографическое оборудование, имеющееся на предприятиях по нанопроизводству, чтобы структурировать материал таким образом, чтобы получить желаемые свойства.Нахата и его коллеги ранее разработали простой метод использования стандартного струйного принтера для нанесения чернил, сделанных из серебра и углерода, которые можно приобрести в специализированных магазинах в Интернете.
Они хотели увидеть, может ли их технология струйной печати создать различную электропроводность — параметр, который обычно трудно изменить, поскольку он требует изменения типа металла, наносимого в каждом пространственном месте. Чтобы сделать это с помощью стандартной литографии, потребовалось бы много времени и средств, потому что каждый металл нужно было бы наносить в отдельном процессе.«Когда мы печатали эти стержни, мы видели, что во многих случаях мы не могли визуально определить разницу между разными проводимостью», — сказал Нахата. «Это привело к идее использовать это для кодирования изображения без необходимости использования стандартных подходов к шифрованию».
Создание скрытых изображенийЧтобы узнать, можно ли использовать этот метод для кодирования информации, исследователи напечатали три типа QR-кодов, каждый размером 72 на 72 пикселя.
Для одного QR-кода они использовали массив стержней для создания девяти различных значений проводимости, каждый из которых кодировал один уровень серого. Когда они визуализировали этот QR-код с терагерцовым освещением, только 2,7 процента стержней дали значения, отличные от задуманных. Исследователи также использовали стержни, напечатанные в виде креста, чтобы создать два отдельных QR-кода, каждый из которых можно было прочитать с разной поляризацией терагерцового излучения.
Затем команда создала цветной QR-код, используя неперекрывающиеся стержни трех разной длины для создания каждого пикселя. Каждый пиксель изображения содержал одинаковый узор из стержней, но разной проводимости. Расположив стержни таким образом, чтобы минимизировать ошибки, исследователи создали три перекрывающихся QR-кода, соответствующих цветовым каналам RGB.
Поскольку каждый пиксель содержал четыре различных значения проводимости, каждый из которых мог соответствовать цвету, в конечном изображении наблюдалось в общей сложности 64 цвета. Исследователи заявили, что с улучшением процесса печати они, вероятно, смогут достичь даже более 64 цветов.
«Мы создали возможность изготавливать структуры, которые могут иметь соседние ячейки или пиксели с очень разной проводимостью, и показали, что проводимость можно считывать с высокой точностью», — сказал Нахата. «Это означает, что, когда мы печатаем QR-код, мы видим QR-код, а не размытие или растекание цветов».С помощью очень недорогих (менее 60 долларов) принтеров, используемых в бумаге, технология позволяет получать изображения с разрешением около 100 микрон.
С несколько более дорогими, но все же имеющимися в продаже принтерами разрешение в 20 микрон должно быть достижимо. Хотя исследователи использовали относительно простые и небольшие QR-коды, эту технику можно использовать для встраивания информации в более сложные и подробные изображения с использованием более крупного холста.Команда Нахаты использовала терагерцовое излучение для считывания закодированной информации, потому что длины волн в этой области лучше всего подходят для получения изображений с разрешением, доступным для коммерческих струйных принтеров. В настоящее время исследователи работают над расширением своей методики, чтобы изображения можно было исследовать с помощью видимых, а не терагерцовых волн.
Эта сложная задача потребует от исследователей создания новых принтеров, которые могут производить стержни меньшего размера для формирования изображений с более высоким разрешением.Исследователи также изучают возможность разработки дополнительных возможностей, которые могут сделать встроенную информацию еще более безопасной.
Например, они могут изготавливать чернила, которые, возможно, придется нагреть или подвергнуть воздействию света определенной длины волны, прежде чем информация станет видимой с использованием соответствующего терагерцового излучения.