Unsichtbare Maschine

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Wenn Sie Musik online herunterladen, können in die digitale Datei Begleitinformationen eingebettet werden, die Ihnen den Namen des Liedes, sein Genre, die vorgestellten Künstler eines bestimmten Titels, den Komponisten und den Produzenten verraten. Wenn Sie ein digitales Foto herunterladen, können Sie ebenfalls Informationen erhalten, darunter die Uhrzeit, das Datum und den Ort, an dem das Bild aufgenommen wurde. Dies veranlasste Mustafa Doga Dogan zu der Frage, ob Ingenieure etwas Ähnliches für physische Objekte tun könnten. „Auf diese Weise“, überlegte er, „könnten wir uns schneller und zuverlässiger informieren, während wir in einem Geschäft, Museum oder einer Bibliothek herumlaufen.“

Für Dogan, einen Doktoranden im vierten Jahr an der MIT-Abteilung für Elektrotechnik und Informatik, war die Idee zunächst etwas abstrakt. Doch seine Gedanken festigten sich Ende 2020, als er von einem neuen Smartphone-Modell mit einer Kamera hörte, die den Infrarotbereich (IR) des elektromagnetischen Spektrums nutzt, den das bloße Auge nicht wahrnehmen kann. Darüber hinaus hat IR-Licht die einzigartige Fähigkeit, durch bestimmte Materialien zu sehen, die für sichtbares Licht undurchsichtig sind. Dogan kam der Gedanke, dass insbesondere diese Funktion nützlich sein könnte.

Das Konzept, das er seitdem entwickelt hat – während er mit Kollegen am Computer Science and Artificial Intelligence Lab (CSAIL) des MIT und einem Forschungswissenschaftler bei Facebook zusammenarbeitete – heißt InfrarotTags. Anstelle der auf Produkten angebrachten Standard-Barcodes, die entfernt oder abgelöst werden können oder mit der Zeit auf andere Weise unlesbar werden, sind diese Etiketten unauffällig (da sie unsichtbar sind) und weitaus langlebiger, da sie in das Produkt eingebettet sind Innenansicht von Objekten, die auf Standard-3D-Druckern hergestellt wurden.

Letztes Jahr verbrachte Dogan ein paar Monate damit, eine geeignete Kunststoffart zu finden, durch die IR-Licht hindurchdringen kann. Es müsste in Form einer Filamentspule vorliegen, die speziell für 3D-Drucker entwickelt wurde. Nach einer ausführlichen Suche stieß er auf maßgeschneiderte Kunststofffilamente einer kleinen deutschen Firma, die vielversprechend erschienen. Anschließend analysierte er mit einem Spektrophotometer in einem Materialwissenschaftslabor des MIT eine Probe und entdeckte, dass sie für sichtbares Licht undurchsichtig, für IR-Licht jedoch transparent oder durchscheinend war – genau die Eigenschaften, die er suchte.

Der nächste Schritt bestand darin, mit Techniken zur Herstellung von Etiketten auf einem Drucker zu experimentieren. Eine Möglichkeit bestand darin, den Code zu erzeugen, indem man winzige Luftspalte – Stellvertreter für Nullen und Einsen – in eine Plastikschicht einschnitt. Eine andere Möglichkeit, vorausgesetzt, dass ein verfügbarer Drucker damit umgehen kann, wäre die Verwendung von zwei Arten von Kunststoff, einer, der IR-Licht durchlässt, und der andere – auf dem der Code eingraviert ist –, der undurchsichtig ist. Der Dual-Material-Ansatz ist nach Möglichkeit vorzuziehen, da er einen klareren Kontrast bietet und daher mit einer IR-Kamera leichter lesbar ist.

Die Tags selbst könnten aus bekannten Barcodes bestehen, die Informationen in einem linearen, eindimensionalen Format darstellen. Zweidimensionale Optionen – wie etwa quadratische QR-Codes (häufig z. B. auf Rücksendeetiketten verwendet) und sogenannte ArUco-Marker (Fiducial) – können potenziell mehr Informationen auf derselben Fläche unterbringen. Das MIT-Team hat eine Software-„Benutzeroberfläche“ entwickelt, die genau angibt, wie das Tag aussehen und wo es innerhalb eines bestimmten Objekts erscheinen soll. Mehrere Tags könnten im selben Objekt angebracht werden, um den Zugriff auf Informationen zu erleichtern, falls die Sicht aus bestimmten Blickwinkeln beeinträchtigt ist.

„InfraredTags ist ein wirklich cleverer, nützlicher und zugänglicher Ansatz zum Einbetten von Informationen in Objekte“, kommentiert Fraser Anderson, leitender leitender Forschungswissenschaftler am Autodesk Technology Centre in Toronto, Ontario. „Ich kann mir leicht eine Zukunft vorstellen, in der man eine Standardkamera auf ein beliebiges Objekt richten kann und sie Informationen über dieses Objekt erhält – wo es hergestellt wurde, die verwendeten Materialien oder Reparaturanweisungen – und man nicht einmal danach suchen müsste.“ ein Barcode.“

Dogan und seine Mitarbeiter haben mehrere Prototypen dieser Art erstellt, darunter Becher mit eingravierten Barcodes in den Behälterwänden unter einer 1-Millimeter-Kunststoffhülle, die von IR-Kameras gelesen werden können. Sie haben auch einen WLAN-Router-Prototyp mit unsichtbaren Tags hergestellt, die je nach Betrachtungswinkel den Netzwerknamen oder das Passwort verraten. Sie haben einen billigen Videospiel-Controller in Form eines Rades hergestellt, der völlig passiv ist und keinerlei elektronische Komponenten enthält. Es enthält lediglich einen Barcode (ArUco-Marker). Ein Spieler dreht einfach das Rad im oder gegen den Uhrzeigersinn, und eine kostengünstige (20 $) IR-Kamera kann dann seine Ausrichtung im Raum bestimmen.

Wenn Tags wie diese in Zukunft weit verbreitet sind, könnten Menschen ihre Mobiltelefone nutzen, um Lichter ein- und auszuschalten, die Lautstärke eines Lautsprechers zu steuern oder die Temperatur an einem Thermostat zu regulieren. Dogan und seine Kollegen prüfen die Möglichkeit, Augmented-Reality-Headsets mit IR-Kameras auszustatten. Er stellt sich vor, eines Tages durch einen Supermarkt zu gehen, solche Headsets zu tragen und sofort Informationen über die Produkte um ihn herum zu erhalten – wie viele Kalorien hat eine einzelne Portion und welche Rezepte gibt es für die Zubereitung?

Kaan Akşit, außerordentlicher Professor für Informatik am University College London, sieht großes Potenzial für diese Technologie. „Die Etikettierungs- und Kennzeichnungsbranche ist ein großer Teil unseres täglichen Lebens“, sagt Akşit. „Alles, was wir in Lebensmittelgeschäften kaufen, bis hin zu Teilen, die in unseren Geräten ausgetauscht werden sollen (z. B. Batterien, Schaltkreise, Computer, Autoteile), müssen korrekt identifiziert und verfolgt werden. Dogas Arbeit geht diese Probleme an, indem er ein unsichtbares Kennzeichnungssystem bereitstellt, das weitgehend geschützt ist.“ der Sand der Zeit." Und da futuristische Vorstellungen wie das Metaversum Teil unserer Realität werden, fügt Akşit hinzu: „Doga‘s Tagging- und Labeling-Mechanismus kann uns dabei helfen, eine digitale Kopie von Gegenständen mitzunehmen, wenn wir dreidimensionale virtuelle Umgebungen erkunden.“

Der Artikel „InfraredTags: Embedding Invisible AR Markers and Barcodes into Objects Using Low-Cost Infrarot-Based 3D Printing and Imaging Tools“ wird diesen Frühling auf der ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems in New Orleans vorgestellt werden im Tagungsband veröffentlicht.

Dogans Co-Autoren in diesem Artikel sind Ahmad Taka, Michael Lu, Yunyi Zhu, Akshat Kumar und Stefanie Mueller vom MIT CSAIL; und Aakar Gupta von Facebook Reality Labs in Redmond, Washington.

Diese Arbeit wurde durch ein Forschungsstipendium der Alfred P. Sloan Foundation unterstützt. Die Dynamsoft Corp. stellte eine kostenlose Softwarelizenz zur Verfügung, die diese Forschung erleichterte.

Ein Team von Wissenschaftlern des MIT und Facebook hat ein neues System zur Objektmarkierung namens „InfraredTags“ entwickelt, berichtet Charlotte Hu für Popular Science. „InfraredTags verwendet auf Infrarotlicht basierende Barcodes und QR-Codes, die dauerhaft in den Körper von 3D-gedruckten Objekten eingebettet sind“, berichtet Hu.

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