Authentification portable de la monnaie. Le secret, les particules codées deviennent visibles lorsqu'elles sont éclairées par une source de lumière proche infrarouge. (Encart) Particules codées imagées sous un éclairage proche infrarouge. Crédit :Jiseok Lee
Environ 2 à 5 pour cent de tout le commerce international concerne des marchandises de contrefaçon, selon un rapport des Nations Unies de 2013. Ces produits illicites, qui comprennent l'électronique, pièces automobiles et aéronautiques, médicaments, et les aliments—peuvent présenter des risques pour la sécurité et coûter aux gouvernements et aux entreprises privées des centaines de milliards de dollars chaque année.
De nombreuses stratégies ont été développées pour essayer d'étiqueter les produits légitimes et empêcher le commerce illégal, mais ces étiquettes sont souvent trop faciles à falsifier, ne sont pas fiables, ou trop coûteux à mettre en œuvre, selon les chercheurs du MIT qui ont développé une nouvelle alternative.
Dirigé par Patrick Doyle, professeur de génie chimique au MIT, et Albert Swiston, membre du personnel technique du Lincoln Laboratory, les chercheurs ont inventé un nouveau type de minuscule, particule lisible par smartphone qui, selon eux, pourrait être déployée pour aider à authentifier la monnaie, parties éléctroniques, et produits de luxe, entre autres produits. Les particules, qui sont invisibles à l'œil nu, contiennent des bandes colorées de nanocristaux qui brillent de mille feux lorsqu'elles sont éclairées par une lumière proche infrarouge.
Ces particules peuvent être facilement fabriquées et intégrées dans une variété de matériaux, et peut résister à des températures extrêmes, exposition au soleil, et une forte usure, dit Doyle, l'auteur principal d'un article décrivant les particules dans le numéro du 13 avril de Matériaux naturels . Ils pourraient également être équipés de capteurs capables « d'enregistrer » leur environnement, notant, par exemple, si un vaccin réfrigéré a déjà été exposé à des températures trop élevées ou trop basses.
Les auteurs principaux de l'article sont le postdoctorant du MIT Jiseok Lee et l'étudiant diplômé Paul Bisso. Les étudiants diplômés du MIT, Rathi Srinivas et Jae Jung Kim, ont également contribué à la recherche.
Un petit portefeuille de particules codées. La séquence de couleurs donne à chaque particule une identité et plus d'1 million de particules différentes sont possibles. Crédit :Jiseok Lee
"Une capacité d'encodage massive"
Les nouvelles particules mesurent environ 200 microns de long et comprennent plusieurs bandes de nanocristaux de couleurs différentes, connu sous le nom de « nanocristaux de conversion ascendante de terres rares ». Ces cristaux sont dopés avec des éléments tels que l'ytterbium, gadolinium, erbium, et le thulium, qui émettent des couleurs visibles lorsqu'elles sont exposées à la lumière proche infrarouge. En modifiant les proportions de ces éléments, les chercheurs peuvent régler les cristaux pour émettre n'importe quelle couleur dans le spectre visible.
Pour fabriquer les particules, les chercheurs ont utilisé la lithographie stop-flow, une technique développée précédemment par Doyle. Cette approche permet d'imprimer des formes sur des flux parallèles de monomères liquides, des éléments constitutifs chimiques qui peuvent former des chaînes plus longues appelées polymères. Partout où des impulsions de lumière ultraviolette frappent les ruisseaux, une réaction est déclenchée qui forme une particule polymère solide.
Dans ce cas, chaque flux de polymère contient des nanocristaux qui émettent des couleurs différentes, permettant aux chercheurs de former des particules rayées. Jusque là, les chercheurs ont créé des nanocristaux de neuf couleurs différentes, mais il devrait être possible d'en créer beaucoup plus, dit Doyle.
Utilisation d'un appareil portable largement disponible et polyvalent, les étiquettes sécurisées ont le potentiel de perturber l'industrie de la lutte contre la contrefaçon et de rendre la contrefaçon infructueuse, entreprise non rentable. Crédit :Jiseok Lee
En utilisant cette procédure, les chercheurs peuvent générer de grandes quantités de tags uniques. Avec des particules qui contiennent six bandes, il y a 1 million de combinaisons de couleurs différentes possibles; cette capacité peut être augmentée de façon exponentielle en marquant des produits avec plus d'une particule. Par exemple, si les chercheurs ont créé un ensemble de 1, 000 particules uniques, puis des produits étiquetés avec 10 de ces particules, il y aurait 1030 combinaisons possibles, bien plus qu'assez pour marquer chaque grain de sable sur Terre.
"C'est vraiment une capacité d'encodage énorme, " dit Bisso, qui a commencé ce projet alors qu'il faisait partie du personnel technique du Lincoln Lab. "Vous pouvez appliquer différentes combinaisons de 10 particules aux produits d'aujourd'hui jusqu'à notre époque et vous n'obtiendrez jamais la même combinaison."
Particules polyvalentes
Les microparticules pourraient être dispersées dans des pièces électroniques ou des emballages de médicaments au cours du processus de fabrication, incorporé directement dans des objets imprimés en 3D, ou imprimé sur de la monnaie, disent les chercheurs. Ils pourraient également être incorporés dans de l'encre que les artistes pourraient utiliser pour authentifier leurs œuvres.
Nature secrète des balises. En faisant correspondre l'indice de réfraction du tag à l'environnement environnant, les particules ne sont pas visibles même à fort grossissement. A gauche :image acquise de tags sur un blister pharmaceutique sous un éclairage proche infrarouge. A droite :image acquise de la surface du blister au microscope sans éclairage proche infrarouge. Crédit :Jiseok Lee
Les chercheurs ont démontré la polyvalence de leur approche en utilisant deux polymères aux propriétés matérielles radicalement différentes, l'un hydrophobe et l'autre hydrophile, pour fabriquer leurs particules. Les lectures de couleur étaient les mêmes avec chacun, suggérant que le processus pourrait facilement être adapté à de nombreux types de produits que les entreprises pourraient vouloir étiqueter avec ces particules, dit Bisso.
"La possibilité d'adapter les propriétés matérielles de l'étiquette sans impacter la stratégie de codage est vraiment puissante, " dit-il. " Ce qui distingue notre système des autres technologies anti-contrefaçon, c'est cette capacité à adapter rapidement et à moindre coût les propriétés des matériaux pour répondre aux besoins d'exigences très différentes et difficiles, sans impacter la lecture du smartphone ni nécessiter une refonte complète du système."
Un autre avantage de ces particules est qu'elles peuvent être lues sans un décodeur coûteux comme ceux requis par la plupart des autres technologies anti-contrefaçon. A l'aide d'un appareil photo smartphone équipé d'un objectif offrant un grossissement vingt fois, n'importe qui pouvait imager les particules après avoir envoyé une lumière proche infrarouge sur elles avec un pointeur laser. Les chercheurs travaillent également sur une application pour smartphone qui traiterait davantage les images et révélerait la composition exacte des particules.
