光子晶體作為一種具有光子阻帶的光學(xué)材料已廣泛應(yīng)用于響應(yīng)性傳感器、光學(xué)器件、生物檢測等各種領(lǐng)域;诮Y(jié)構(gòu)色可控、角度依賴性和不易褪色等特點,光子晶體在光學(xué)編碼和信息加密領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和防偽標(biāo)簽制備技術(shù)的透明化,基于光子晶體制備的防偽標(biāo)簽存在被克隆和偽造的可能性。
為了解決這個問題,廣東工業(yè)大學(xué)易國斌教授團(tuán)隊聯(lián)合中山大學(xué)陳旭東教授團(tuán)隊創(chuàng)新性地將物理不可克隆函數(shù)(PUF)引入到光子晶體的“確定性”結(jié)構(gòu)中,通過結(jié)合不可克隆的光子晶體水凝膠(UPCHs)和人工智能(AI)識別,開發(fā)出一種高編碼容量的不可克隆防偽技術(shù)。
在該工作中,通過丙烯酰胺和帶負(fù)電荷微球之間形成的靜電相互作用調(diào)節(jié)膠體晶體層,使重新自組裝的膠體晶體呈現(xiàn)出多彩“光斑”,最后通過光引發(fā)聚合得到不可克隆防偽標(biāo)簽(圖1)。在自然光下,可通過高清攝像機(jī)獲得PUF防偽標(biāo)簽的清晰圖像,并利用自主開發(fā)的五層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),深度學(xué)習(xí)圖像上的光斑形狀和顏色信息(圖2)。最后,可通過深度學(xué)習(xí)后的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對PUF防偽標(biāo)簽的快速身份驗證(單張小于200毫秒,平均準(zhǔn)確率為83%)。
圖1. 不可克隆防偽標(biāo)簽的制備。
圖2. 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)識別系統(tǒng)。
基于光子晶體的PUF防偽標(biāo)簽,可解決當(dāng)前不可克隆材料在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的易褪色、耐用性差等問題。同時,其可用于便攜式的信息存儲/隱寫系統(tǒng),表現(xiàn)出優(yōu)異的安全性和極具潛力的商業(yè)應(yīng)用價值。本研究不僅突破了光子晶體的可預(yù)測編碼/解碼模式,而且為工業(yè)化制造簡單耐用的PUF器件開辟了新的途徑。
相關(guān)研究成果日前以Unclonable Photonic Crystal Hydrogels with Controllable Encoding Capacity for Anticounterfeiting為題發(fā)表于《美國化學(xué)會應(yīng)用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)。該文章第一作者為廣東工業(yè)大學(xué)吳建宇博士研究生和李嘉偉碩士,共同通訊作者為廣東工業(yè)大學(xué)林霄峰特聘副教授和易國斌教授。
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.1c20905
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