Fluoreszierende Marker im 3D-Druck für die Objektverfolgung
Mit fluoreszierenden Markern lassen sich Daten sicher in Gegenstände einbetten. Die Innovation von Forschenden des Massachusetts Institute of Technology (MIT) bietet verblüffend viele Anwendungschancen.
BrightMarker: Ein Smartphone mit aufsteckbarem Infrarot-Tool macht die fluoreszierenden Marker sichtbar.
Foto: mit Genehmigung der Forscher/MIT CSAIL.
Kurz mit der Handy-Kamera gescannt, und schon erscheint die Speisekarte oder die Info zur Rabattaktion auf dem Display: QR-Codes hat fast jede und jeder schon genutzt. Das schwarz-weiße Quadrat ist praktisch. Ohne langes Abtippen einer Webadresse gelangt man auf die gewünschte Seite. Allerdings ist die komfortable Verbindung in die digitale Welt nicht immer sicher. QR-Codes können überklebt oder manipuliert werden, mit den Ziel, Interessierte auf Fake-Webseiten zu locken, um an ihre Bezahldaten zu gelangen oder Viren zu verbreiten. Geht das auch anders – und sicherer?
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Eine zukunftsweisende Alternative hat ein Team von Forschenden des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) am MIT entwickelt. Die sogenannten BrightMarker sind Etikette aus fluoreszierenden Fäden, die mit Infrarotkameras ausgelesen werden. Für das menschliche Auge sind sie unsichtbar. Zudem werden die fluoreszierenden Marker nicht auf die Oberfläche eines Objekts aufgebracht, sondern während der Produktion eines 3D-Druck-Gegenstands in diesem „versteckt“, beispielsweise in einem Gerätegehäuse oder einem Ball. Das schützt die neuartigen Tags vor Manipulation und Fälschung.
Fluoreszierende Marker als digitaler Produktpass
„Fluoreszierende Objektverfolgungsmarker wie BrightMarker sind eine vielversprechende Lösung für die Produktverfolgung und -authentifizierung“, bestätigt Andreea Danielescu, Direktor der Forschungs- und Entwicklungsgruppe Future Technologies bei Accenture Labs. „Neben Anwendungen in der Lieferkette und im Einzelhandel könnten sie auch zur Überprüfung der Echtheit von Produkten, wie zum Beispiel veganen Handtaschen, eingesetzt werden.“ Hersteller haben also die Möglichkeit, Metadaten über die Bewegungen ihrer Waren zu erfassen. Für Käuferinnen und Käufer der Produkte kann die digitale Signatur als eine Art Produktpass dienen, die sie zum Beispiel über Recyclingmöglichkeiten informiert.
Fluoreszierende Marker für Sport, Spiel und Überwachung
Darüber hinaus bieten sich komplett andere Anwendungschancen. So könnten die Marker Bewegungen von Sporttreibenden detailliert verfolgen und digitalisieren, wenn diese beispielsweise ein Armband mit einem Marker tragen. Auch für die Spiele-Branche ist die Bewegungsverfolgung interessant: Werden fluoreszierende Marker etwa in ein Lichtschwert eingebaut, könnte Spielende durch eine virtuelle Umgebung schneiden und damit weitere Objekte aktivieren. Das VR-Erlebnis wird dann noch intensiver.
Auch zum Schutz von Objekten in der Nacht ist es denkbar, BrightMarker einzusetzen. Wenn eine Überwachungskamera mit fluoreszierenden Markern ausgestattet wird, könnten sie mittels Hardware-Komponente Bewegungen aufspüren und Eigentümerin oder Eigentümer darüber informieren. Ein Vorteil: Eine solche Kamera müsste nicht den gesamten Raum erfassen und würde damit die Privatsphäre besser schützen.
Vergleich mit anderen Markierungssystemen
Bevor das MIT-Team die BrightMarker entwickelte, hatten die Forschenden ein ähnliches Markierungssystem mit Infrarot-Tags erfunden. Doch diese Tags funktionierten nur auf schwarzen Objekten – darauf sind die neuen Marker nicht beschränkt. „Die fluoreszierenden Fäden emittieren ein Licht, das mit unserer Bildgebungshardware robust gefiltert werden kann“, sagt Mustafa Doğa Doğan, einer der MIT-Wissenschaftler. „Dies überwindet die ‚Unschärfe‘, die oft mit herkömmlichen eingebetteten, unauffälligen Markern verbunden ist, und ermöglicht eine effiziente Verfolgung in Echtzeit, selbst wenn sich die Objekte bewegen.“ Und: Verglichen mit einem weiteren System, den AirTags von Apple – kleinen Sendern, die Batteriestrom benötigen – sind die BrightMarker zudem kostengünstiger und energiesparender.
Fluoreszierender Marker im 3D-Druck
Wer selbst einen BrightMarker erstellen will, lädt das Software-Plugin des CSAIL-Teams für 3D-Modellierungsprogramme herunter. Damit platziert man die Markierung im eigenen Produktentwurf und exportiert diesen als Datei für den 3D-Druck. Um das Objekt samt dem versteckten Marker herzustellen, müssen die fluoreszierende Fäden in den 3D-Drucker eingelegt sein. Die Filamente sorgen dafür, dass das Etikett Licht mit einer Wellenlänge im Infrarot-Nahbereich ausstrahlt.
Dazu haben die Forschenden vom MIT zwei passende Hardware-Konfigurationen entwickelt, mit denen sich die fluoreszierenden Marker auslesen lassen. Die eine der Infrarotkameras mit hohem Kontrast steckt man an das Smartphone, die andere an Augmented-Reality- (AR) und Virtual-Reality-Headsets (VR). Beide können die BrightMarker, die unsichtbar leuchtenden QR-Codes nahe kommen, erkennen und scannen. Ein weiteres aufsteckbares Teil, ein Langpassfilter, macht nur die Fluoreszenz sichtbar. Umliegende Objekte bleiben unkenntlich.
Es steckt Potenzial in den fluoreszierenden Marker
Allerdings können auch die neuen Marker nicht alles. Es ist nicht unbedingt möglich, sie den Objekten nachträglich hinzuzufügen. Zudem kann ihre Funktion beeinträchtigt sein, wenn ein anderer Gegenstand im Raum die Sicht der Kamera behindert. Das MIT-Team hält es daher für sinnvoll, die Technologie mit magnetischen Fäden zu kombinieren, so dass auch das Magnetfeld des Objekts verfolgt werden kann. Noch leistungsstärker ließen sich die Tags zudem mit fluoreszierenden Fäden erstellen, die eine höhere Fluorochrom-Konzentration enthalten.
„Mit der weiteren Entwicklung dieser Technologie können wir uns eine Welt vorstellen, in der BrightMarker nahtlos in unsere Alltagsgegenstände integriert werden und mühelose Interaktionen zwischen der physischen und der digitalen Welt ermöglichen“, erklärt MIT-Wissenschaftler Mustafa Doğa Doğan.
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