Autenticação portátil de moeda. O encoberto, as partículas codificadas tornam-se visíveis quando iluminadas com uma fonte de luz infravermelha próxima. (Inserido) Partículas codificadas com imagem sob iluminação infravermelha. Crédito:Jiseok Lee
Cerca de 2 a 5 por cento de todo o comércio internacional envolve produtos falsificados, de acordo com um relatório de 2013 das Nações Unidas. Esses produtos ilícitos, que incluem eletrônicos, peças automotivas e de aeronaves, farmacêuticos, e alimentos - podem representar riscos à segurança e custar aos governos e empresas privadas centenas de bilhões de dólares anualmente.
Muitas estratégias foram desenvolvidas para tentar rotular produtos legítimos e evitar o comércio ilegal, mas essas etiquetas são frequentemente muito fáceis de falsificar, não são confiáveis, ou custa muito para implementar, de acordo com pesquisadores do MIT que desenvolveram uma nova alternativa.
Liderado pelo professor de engenharia química do MIT Patrick Doyle e pelo membro da equipe técnica do Laboratório Lincoln Albert Swiston, os pesquisadores inventaram um novo tipo de minúsculo, partícula legível por smartphone que eles acreditam que poderia ser implantada para ajudar a autenticar moeda, partes eletrônicas, e bens de luxo, entre outros produtos. As partículas, que são invisíveis a olho nu, contêm listras coloridas de nanocristais que brilham intensamente quando iluminadas com luz infravermelha próxima.
Essas partículas podem ser facilmente fabricadas e integradas em uma variedade de materiais, e pode suportar temperaturas extremas, exposição ao sol, e desgaste pesado, diz Doyle, o autor sênior de um artigo que descreve as partículas na edição de 13 de abril da Materiais da Natureza . Eles também podem ser equipados com sensores que podem "registrar" seus ambientes - observando, por exemplo, se uma vacina refrigerada já foi exposta a temperaturas muito altas ou muito baixas.
Os principais autores do artigo são o pós-doutorando do MIT Jiseok Lee e o estudante de graduação Paul Bisso. Os alunos de pós-graduação do MIT, Rathi Srinivas e Jae Jung Kim, também contribuíram para a pesquisa.
Um pequeno portfólio de partículas codificadas. A sequência de cores dá a cada partícula uma identidade e mais de 1 milhão de partículas diferentes são possíveis. Crédito:Jiseok Lee
"Uma enorme capacidade de codificação"
As novas partículas têm cerca de 200 mícrons de comprimento e incluem várias faixas de nanocristais de diferentes cores, conhecido como "nanocristais de conversão ascendente de terras raras". Esses cristais são dopados com elementos como itérbio, gadolínio, érbio, e túlio, que emitem cores visíveis quando expostos à luz infravermelha. Ao alterar as proporções desses elementos, os pesquisadores podem ajustar os cristais para emitir qualquer cor no espectro visível.
Para fabricar as partículas, os pesquisadores usaram litografia stop-flow, uma técnica desenvolvida anteriormente por Doyle. Essa abordagem permite que as formas sejam impressas em fluxos paralelos de monômeros líquidos - blocos de construção químicos que podem formar cadeias mais longas chamadas de polímeros. Sempre que pulsos de luz ultravioleta atingem os fluxos, uma reação é iniciada e forma uma partícula polimérica sólida.
Nesse caso, cada fluxo de polímero contém nanocristais que emitem cores diferentes, permitindo aos pesquisadores formar partículas listradas. Até aqui, os pesquisadores criaram nanocristais em nove cores diferentes, mas deve ser possível criar muitos mais, Doyle diz.
Uso de um dispositivo portátil amplamente disponível e versátil, etiquetas seguras têm o potencial de interromper a indústria antifalsificação e tornar a falsificação infrutífera, empreendimento não lucrativo. Crédito:Jiseok Lee
Usando este procedimento, os pesquisadores podem gerar grandes quantidades de tags exclusivas. Com partículas que contêm seis listras, há 1 milhão de combinações de cores possíveis diferentes; essa capacidade pode ser exponencialmente aumentada marcando produtos com mais de uma partícula. Por exemplo, se os pesquisadores criaram um conjunto de 1, 000 partículas únicas e, em seguida, produtos marcados com quaisquer 10 dessas partículas, haveria 1.030 combinações possíveis - muito mais do que o suficiente para marcar cada grão de areia na Terra.
"É realmente uma capacidade de codificação enorme, "diz Bisso, que iniciou este projeto enquanto fazia parte da equipe técnica do Lincoln Lab. "Você pode aplicar diferentes combinações de 10 partículas aos produtos de agora até muito depois de nosso tempo e nunca obterá a mesma combinação."
Partículas versáteis
As micropartículas podem ser dispersas em peças eletrônicas ou embalagens de medicamentos durante o processo de fabricação, incorporado diretamente em objetos impressos em 3D, ou impresso em moeda, dizem os pesquisadores. Eles também podem ser incorporados à tinta que os artistas podem usar para autenticar suas obras de arte.
Natureza secreta das tags. Ao combinar o índice de refração da etiqueta com o ambiente circundante, as partículas não podem ser vistas mesmo sob grande ampliação. Esquerda:imagem adquirida de etiquetas em uma embalagem de bolha farmacêutica sob iluminação infravermelha. À direita:imagem adquirida da superfície da embalagem de bolha sob um microscópio sem iluminação infravermelha próxima. Crédito:Jiseok Lee
Os pesquisadores demonstraram a versatilidade de sua abordagem usando dois polímeros com propriedades de material radicalmente diferentes - um hidrofóbico e outro hidrofílico - para fazer suas partículas. As leituras de cores eram as mesmas com cada um, sugerindo que o processo pode ser facilmente adaptado a muitos tipos de produtos que as empresas podem querer marcar com essas partículas, Bisso diz.
"A capacidade de adaptar as propriedades do material da tag sem afetar a estratégia de codificação é realmente poderosa, "ele diz." O que separa nosso sistema de outras tecnologias anti-falsificação é essa capacidade de adaptar propriedades de material de forma rápida e econômica para atender às necessidades de requisitos muito diferentes e desafiadores, sem afetar a leitura do smartphone ou exigir uma reformulação completa do sistema. "
Outra vantagem dessas partículas é que podem ser lidas sem um decodificador caro, como os exigidos pela maioria das outras tecnologias anti-falsificação. Usando uma câmera de smartphone equipada com uma lente que oferece uma ampliação de vinte vezes, qualquer um poderia imaginar as partículas depois de direcionar a luz infravermelha sobre elas com um apontador laser. Os pesquisadores também estão trabalhando em um aplicativo para smartphone que processaria ainda mais as imagens e revelaria a composição exata das partículas.
