Etiquetas legíveis por máquina invisíveis impressas em 3D que identificam e rastreiam objetos

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Etiquetas de rastreamento impressas em 3D

Os cientistas do MIT construíram uma interface de usuário que facilita a integração de tags comuns (códigos QR ou marcadores ArUco usados ​​para realidade aumentada) com a geometria do objeto para torná-los imprimíveis em 3D como InfraredTags. Crédito: Fotos cortesia de MIT CSAIL

Um[{” attribute=””>MIT team develops 3D-printed tags to classify and store data on physical objects.

If you download music online, you can get accompanying information embedded into the digital file that might tell you the name of the song, its genre, the featured artists on a given track, the composer, and the producer. Similarly, if you download a digital photo, you can obtain information that may include the time, date, and location at which the picture was taken. That led Mustafa Doga Dogan to wonder whether engineers could do something similar for physical objects. “That way,” he mused, “we could inform ourselves faster and more reliably while walking around in a store or museum or library.”

The idea, at first, was a bit abstract for Dogan, a 4th-year PhD student in the MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science. But his thinking solidified in the latter part of 2020 when he heard about a new smartphone model with a camera that utilizes the infrared (IR) range of the electromagnetic spectrum that the naked eye can’t perceive. IR light, moreover, has a unique ability to see through certain materials that are opaque to visible light. It occurred to Dogan that this feature, in particular, could be useful.

The concept he has since come up with — while working with colleagues at MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Lab (CSAIL) and a research scientist at Facebook — is called InfraredTags. In place of the standard barcodes affixed to products, which may be removed or detached or become otherwise unreadable over time, these tags are unobtrusive (due to the fact that they are invisible) and far more durable, given that they’re embedded within the interior of objects fabricated on standard 3D printers.

No ano passado, Dogan passou alguns meses tentando encontrar uma variedade adequada de plástico pelo qual a luz infravermelha pudesse passar. Teria que vir na forma de um carretel de filamento projetado especificamente para impressoras 3D. Após uma extensa pesquisa, ele encontrou filamentos de plástico personalizados feitos por uma pequena empresa alemã que parecia promissor. Ele então usou um espectrofotômetro em um laboratório de ciência de materiais do MIT para analisar uma amostra, onde descobriu que era opaca à luz visível, mas transparente ou translúcida à luz infravermelha – exatamente as propriedades que ele procurava.

O próximo passo foi experimentar técnicas para fazer etiquetas em uma impressora. Uma opção era produzir o código esculpindo pequenas lacunas de ar – proxies para zeros e uns – em uma camada de plástico. Outra opção, supondo que uma impressora disponível pudesse lidar com isso, seria usar dois tipos de plástico, um que transmita luz infravermelha e outro – sobre o qual o código está inscrito – que é opaco. A abordagem de material duplo é preferível, quando possível, porque pode fornecer um contraste mais claro e, portanto, pode ser lida mais facilmente com uma câmera IR.

As próprias etiquetas podem consistir em códigos de barras familiares, que apresentam informações em um formato linear e unidimensional. Opções bidimensionais – como códigos QR quadrados (comumente usados, por exemplo, em etiquetas de devolução) e os chamados marcadores ArUco (fiduciais) – podem potencialmente empacotar mais informações na mesma área. A equipe do MIT desenvolveu uma “interface de usuário” de software que especifica exatamente como a tag deve ser e onde ela deve aparecer em um objeto específico. Múltiplas tags podem ser colocadas em todo o mesmo objeto, de fato, facilitando o acesso às informações caso as visualizações de determinados ângulos sejam obstruídas.

“InfraredTags é uma abordagem realmente inteligente, útil e acessível para incorporar informações em objetos”, comenta Fraser Anderson, pesquisador principal sênior do Autodesk Technology Center em Toronto, Ontário. “Posso imaginar facilmente um futuro em que você possa apontar uma câmera padrão para qualquer objeto e ela forneceria informações sobre esse objeto – onde foi fabricado, os materiais usados ​​ou instruções de reparo – e você nem precisaria procurar por um código de barras”.

Dogan e seus colaboradores criaram vários protótipos nessa linha, incluindo canecas com códigos de barras gravados dentro das paredes do contêiner, sob uma concha plástica de 1 milímetro, que pode ser lida por câmeras de infravermelho. Eles também fabricaram um protótipo de roteador Wi-Fi com tags invisíveis que revelam o nome ou a senha da rede, dependendo da perspectiva da qual é vista. Eles fizeram um controlador de videogame barato, em forma de volante, que é completamente passivo, sem nenhum componente eletrônico. Possui apenas um código de barras (marcador ArUco) dentro. Um jogador simplesmente gira a roda, no sentido horário ou anti-horário, e uma câmera infravermelha barata (US$ 20) pode determinar sua orientação no espaço.

No futuro, se etiquetas como essas se espalharem, as pessoas poderão usar seus celulares para acender e apagar luzes, controlar o volume de um alto-falante ou regular a temperatura em um termostato. Dogan e seus colegas estão analisando a possibilidade de adicionar câmeras IR a fones de ouvido de realidade aumentada. Ele se imagina andando por um supermercado, algum dia, usando esses fones de ouvido e obtendo instantaneamente informações sobre os produtos ao seu redor – quantas calorias há em uma porção individual e quais são algumas receitas para prepará-la?

Kaan Aksit, professor associado de ciência da computação da University College London, vê um grande potencial para essa tecnologia. “A indústria de rotulagem e etiquetagem é uma grande parte do nosso dia-a-dia”, diz Aksit. “Tudo o que compramos de mercearias a peças para serem substituídas em nossos aparelhos (por exemplo, baterias, circuitos, computadores, peças de automóveis) deve ser identificado e rastreado corretamente. O trabalho de Doga aborda esses problemas fornecendo um sistema de marcação invisível que é principalmente protegido contra as areias do tempo.” E à medida que noções futuristas como o metaverso se tornam parte de nossa realidade, Aksit acrescenta: “O mecanismo de marcação e rotulagem de Doga pode nos ajudar a trazer uma cópia digital de itens conosco enquanto exploramos ambientes virtuais tridimensionais”.

O papel“InfraredTags: Embedding Invisible AR Markers and Barcodes into Objects Using Low-Cost Infrared-Based 3D Printing and Imaging Tools” (DOI: 10.1145/3491102.3501951) está sendo apresentado na Conferência ACM CHI sobre Fatores Humanos em Sistemas Computacionais, em Nova Orleans nesta primavera, e será publicado nos anais da conferência.

Os coautores de Dogan neste artigo são Ahmad Taka, Michael Lu, Yunyi Zhu, Akshat Kumar e Stefanie Mueller do MIT CSAIL; e Aakar Gupta do Facebook Reality Labs em Redmond, Washington.

Este trabalho foi financiado por uma bolsa de pesquisa da Fundação Alfred P. Sloan. A Dynamsoft Corp. forneceu uma licença de software livre que facilitou esta pesquisa.





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