شناسایی و ردیابی اشیا با استفاده از برچسب های نامرئی
تا به حال فکر کردید که چقدر خوب می شد اگر هنگام خرید در فروشگاه بتوانید همه ی اطلاعات مربوط به هر محصولی را در لحظه بدون توضیح فروشنده به صورت دقیق و مستند داشته باشید؟این کار انجام شده است.
گروه تحقیقاتی دانشگاه MIT لیبل های پرینت سه بعدی را برای طبقه بندی و ذخیره داده ها بر روی اجسام ایجاد کرده است. هنگامیکه موسیقی را به صورت آنلاین دانلود می کنید، اطلاعاتی شامل نام آهنگ، سبک موسیقی، بیوگرافی هنرمندان خواننده یا نوازنده ، آهنگساز و تهیه کننده را در کنار موسیقی دانلودی در اختیار خواهید داشت. همچنین، اگر یک تصویر دیجیتالی را دانلود نمایید، می توانید اطلاعاتی را به دست آورید که ممکن است شامل زمان، تاریخ و مکانی باشد که عکس در آن گرفته شده است. این امر شخصی به نام Mustafa Doga Dogan را به این فکر واداشت که آیا محققان می توانند کاری مشابه برای اجسام انجام دهند. او فکر کرد: «به این ترتیب، ما می‌توانیم در حین قدم زدن در فروشگاه، موزه یا کتابخانه، سریع‌تر و مطمئن‌تر خودمان را آگاه کنیم.»
این ایده در ابتدا برای Dogan ، دانشجوی سال چهارم دکترا در گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر MIT کمی انتزاعی بود. اما تفکر او در اواخر سال 2020 زمانی که در مورد مدل جدیدی از گوشی هوشمند با دوربینی که از طیف مادون قرمز (IR) طیف الکترومغناطیسی استفاده می‌کند که چشم غیرمسلح قادر به درک آن نیست، قوت گرفت.
با نور مادون قرمز (فروسرخ)، می توان از طریق موادی خاص، که نسبت به نور مرئی مات هستند آن جسم را مشاهده نمود. این ویژگی خاص برای او جالب آمد. مفهومی که Dogan از آن زمان به ذهنش رسیده است – در حین کار با همکارانش در آزمایشگاه علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی MIT (CSAIL) و یک دانشمند محقق در فیس بوک – لیبل فروسرخ نامیده می شود.
به جای بارکدهای استاندارد چسبانده شده به محصولات، که ممکن است با گذشت زمان حذف یا جدا شوند، این برچسب ها پنهان هستند (به دلیل این واقعیت که نامرئی هستند) و با توجه به اینکه در داخل دستگاه تعبیه شده اند، بسیار بادوام تر هستند. با استفاده از چاپگر سه بعدی استاندارد بر روی فضای داخلی اشیاء ساخته شده درج می گردد.
سال گذشته، Dogan چند ماه را صرف یافتن نوع پلاستیک مناسبی کرد که نور مادون قرمز از آن عبور کند. این باید به شکل یک قرقره رشته ای باشد که به طور خاص برای چاپگرهای سه بعدی طراحی شده است. پس از جستجوی گسترده، او با رشته های پلاستیکی سفارشی ساخته شده توسط یک شرکت کوچک آلمانی مواجه شد که امیدوارکننده به نظر می رسید. او سپس از یک اسپکتروفتومتر در آزمایشگاه علم مواد MIT برای تجزیه و تحلیل نمونه استفاده کرد و در آنجا متوجه شد که نسبت به نور مرئی مات است اما نسبت به نور مادون قرمز شفاف یا نیمه شفاف است – دقیقاً همان ویژگی هایی که او به دنبال آن بود.
گام بعدی آزمایش تکنیک هایی برای ایجاد برچسب روی چاپگر بود. یکی از گزینه‌ها این بود که کد را با حک کردن شکاف‌های هوایی کوچک – پراکسی‌هایی برای صفر و یک – در لایه‌ای از پلاستیک تولید کنیم. گزینه دیگر، با فرض اینکه چاپگر موجود بتواند آن را مدیریت کند، استفاده از دو نوع پلاستیک است، یکی که نور مادون قرمز را منتقل می کند و دیگری – که کد روی آن درج شده است – که مات است. رویکرد ماده دوگانه در صورت امکان ترجیح داده می شود، زیرا می تواند کنتراست واضح تری ارائه دهد و بنابراین با دوربین IR راحت تر خوانده می شود.
خود برچسب ها می توانند شامل بارکدهای آشنا باشند که اطلاعات را به صورت خطی و یک بعدی ارائه می کنند. گزینه‌های دو بعدی – مانند کدهای QR مربعی (معمولاً برای مثال در برچسب‌های برگشتی استفاده می‌شوند) و به اصطلاح نشانگرهای ArUco (معتبر) – به طور بالقوه می‌توانند اطلاعات بیشتری را در همان منطقه قرار دهند. تیم MIT یک نرم افزار “واسط کاربری” ایجاد کرده است که دقیقاً مشخص می کند که برچسب چگونه باید باشد و کجا باید در یک شی خاص ظاهر شود. برچسب‌های متعددی را می‌توان در سراسر یک شی قرار داد، در واقع، دسترسی به اطلاعات را در صورتی که نماها از زوایای خاصی مسدود شود، آسان می‌کند.
Mustafa Doğa Doğan
فریزر اندرسون، دانشمند ارشد تحقیقاتی در مرکز فناوری Autodesk در تورنتو، انتاریو، می‌گوید: «تگ‌های فروسرخ یک رویکرد واقعاً هوشمندانه، مفید و در دسترس برای جاسازی اطلاعات در اشیاء است. من به راحتی می توانم آینده ای را تصور کنم که در آن شما می توانید یک دوربین استاندارد را به سمت هر جسمی بگیرید و اطلاعاتی در مورد آن شی به شما می دهد – محل تولید آن، مواد استفاده شده یا دستورالعمل های تعمیر – و شما حتی نیازی به جستجو برای آن ندارید. فقط نیاز به یک بارکد دارید.”
Dogan و همکارانش چندین نمونه اولیه را در همین راستا ایجاد کرده‌اند، از جمله لیوان‌هایی با کد بارکد حک شده در داخل دیواره‌های ظرف، زیر پوسته پلاستیکی 1 میلی‌متری، که توسط دوربین‌های IR قابل خواندن است. آنها همچنین یک نمونه اولیه روتر Wi-Fi با برچسب های نامرئی ساخته اند که بسته به چشم اندازی که از آن می بینید، نام یا رمز عبور شبکه را نشان می دهد. آنها یک کنترلر بازی ویدیویی ارزان قیمت به شکل چرخ ساخته اند که کاملاً غیرفعال است و اصلاً اجزای الکترونیکی ندارد. فقط یک بارکد (نشانگر ArUco) داخل آن است. یک بازیکن به سادگی چرخ را در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخاند و یک دوربین IR ارزان قیمت (20 دلار) می تواند جهت آن را در فضا تعیین کند.
در آینده، اگر برچسب‌هایی از این دست گسترده شوند، مردم می‌توانند از تلفن همراه خود برای روشن و خاموش کردن چراغ‌ها، کنترل صدای بلندگو یا تنظیم دمای ترموستات استفاده کنند. دوگان و همکارانش در حال بررسی امکان افزودن دوربین های IR به هدست های واقعیت افزوده هستند. او تصور می‌کند روزی در یک سوپرمارکت قدم می‌زند، چنین هدست‌هایی را به سر می‌گذارد و فوراً اطلاعاتی درباره محصولات اطراف خود به دست می‌آورد – یک وعده غذایی چقدر کالری دارد و دستور العمل‌هایی برای تهیه آن چیست؟
کان آکشیت، دانشیار علوم کامپیوتر در دانشگاه کالج لندن، پتانسیل زیادی برای این فناوری می بیند. آکشیت می‌گوید: «صنعت بارکد و برچسب‌گذاری بخش بزرگی از زندگی روزمره ما است. «هر چیزی که از فروشگاه‌های مواد غذایی می‌خریم تا قطعاتی که باید در دستگاه‌هایمان تعویض شوند (مانند باتری، مدار، رایانه، قطعات خودرو) باید به درستی شناسایی و ردیابی شوند. کار Doga با ارائه یک سیستم برچسب گذاری نامرئی که عمدتاً در برابر شن های زمان محافظت می شود به این مسائل می پردازد. آکشیت اضافه می‌کند که از آنجایی که مفاهیم آینده‌نگر مانند فراجهان به بخشی از واقعیت ما تبدیل می‌شوند، «مکانیسم بارکد و برچسب‌گذاری Doga می‌تواند به ما کمک کند تا هنگام کاوش در محیط‌های مجازی سه‌بعدی، یک کپی دیجیتالی از موارد را با خود بیاوریم.»
مقاله “برچسب های فروسرخ: جاسازی نشانگرها و بارکدهای AR نامرئی در اشیا با استفاده از ابزارهای چاپ سه بعدی و تصویربرداری سه بعدی مبتنی بر فروسرخ کم هزینه” در کنفرانس ACM CHI در مورد عوامل انسانی در سیستم های محاسباتی در نیواورلئان در بهار امسال ارائه شده است. در مجموعه مقالات کنفرانس دانشگاه های MIT منتشر خواهد شد. نویسندگان همکار دوگان در این مقاله احمد تاکا، مایکل لو، یونی ژو، آکشات کومار و استفانی مولر از MIT CSAIL هستند. و آکار گوپتا از آزمایشگاه های واقعیت فیس بوک در ردموند، واشنگتن.این کار توسط فلوشیپ تحقیقاتی بنیاد آلفرد پی اسلون حمایت شد. شرکت Dynamsoft یک مجوز نرم افزار رایگان ارائه کرد که این تحقیق را تسهیل کرد.