Terahertz

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12474 (2023) Citar este artigo

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Os produtos falsificados representam riscos económicos, de segurança e de saúde significativos. Uma abordagem para mitigar estes riscos envolve estabelecer a proveniência dos produtos, rastreando-os até às suas origens de fabrico. No entanto, os métodos de identificação atuais, como códigos de barras e RFID, têm limitações que os tornam vulneráveis ​​à falsificação. Da mesma forma, memórias não voláteis, funções fisicamente não clonáveis ​​e técnicas emergentes como a etiqueta de segurança Diamond Unclonable e a impressão digital de DNA também têm suas próprias limitações e desafios. Para que uma solução de rastreabilidade seja amplamente adotada, ela deve atender a determinados critérios, incluindo ser barata, única, imutável, facilmente legível, padronizada e não clonável. Neste artigo, propomos uma solução que utiliza lasers pulsados ​​ultracurtos para criar tags físicas únicas, não clonáveis ​​e imutáveis. Essas tags podem então ser lidas de forma não destrutiva usando espectroscopia Terahertz (THz) de campo distante. O objetivo principal deste artigo é investigar a viabilidade de nossa abordagem proposta. Nosso objetivo é avaliar a capacidade de distinguir marcas de laser com profundidades variadas, avaliar a sensibilidade da leitura de THz aos parâmetros de gravação a laser, examinar a capacidade de capturar marcas de alta densidade de informação e explorar a capacidade de capturar tags subterrâneas. Ao abordar esses aspectos, nosso método tem potencial para servir como uma solução universal para uma ampla gama de aplicações de rastreabilidade.

Os produtos falsificados1,2 impõem riscos económicos, de segurança e de saúde significativos aos governos, indústrias e sociedades. A microeletrônica falsificada causa bilhões de dólares em perdas anuais, enquanto os produtos farmacêuticos falsificados colocam em risco milhares de vidas diariamente. Evitar a utilização de produtos contrafeitos é talvez a ação mais eficaz para mitigar estes riscos, o que exige estabelecer a proveniência dos produtos, rastreando-os até às suas origens de fabrico. Atualmente, diversas técnicas são empregadas para resolver esse problema3, incluindo códigos de barras, RFIDs passivos e ativos, entre outros. No entanto, apesar da sua eficácia parcial na abordagem de certas questões de rastreabilidade, persistem vários desafios. Um grande desafio é que estes próprios métodos de identificação são suscetíveis à falsificação4. Os falsificadores podem facilmente clonar identificadores existentes, como códigos de barras, para disfarçar os seus produtos como autênticos. Embora tenham sido propostos métodos mais sofisticados, eles geralmente apresentam altos custos de implementação, dificuldades de manuseio, complexidades de leitura e problemas de usabilidade. Memórias não voláteis (NVMs), que podem ser usadas para chips, são caras e podem não ser adequadas para chips menores5. A utilização de memórias não voláteis (NVMs) necessita da energização do dispositivo, o que se torna inviável quando se trata de um grande número de peças que necessitam de investigação dentro de suas embalagens. Da mesma forma, as funções físicas não clonáveis ​​(PUFs), que também são aplicáveis ​​aos chips eletrônicos6, enfrentam o mesmo desafio de exigir a inicialização do dispositivo e apresentam limitações adicionais em relação ao armazenamento de informações. Na verdade, embora os PUFs permitam a criação de uma assinatura única, eles não permitem a incorporação seletiva de dados no dispositivo. Os métodos emergentes também apresentam seu próprio conjunto de desafios. Por exemplo, a etiqueta de segurança não clonável de diamante (DUST) é um método de tendência que fornece uma identidade à prova de falsificação para itens físicos, utilizando nanocristais de diamante de engenharia quântica incorporados em polímeros de alto desempenho7. No entanto, esta solução é cara e apresenta dificuldades de implementação. Além disso, não é concebido como uma solução prática para aplicação ao nível do chip, resultando assim numa perturbação da rastreabilidade da cadeia de custódia. Da mesma forma, as soluções de impressão digital de DNA, como a desenvolvida por Haelixa, enfrentam desafios semelhantes quando aplicadas à microeletrônica8. Em geral, uma solução de rastreabilidade eficaz tem de satisfazer os seguintes critérios para que possa ser amplamente adoptada pelas indústrias e pelos governos como um meio de superar os problemas existentes de falsificação: (1) A incorporação de identificadores nos produtos deve ser barata; (2) Os identificadores devem ser únicos; (3) Os identificadores devem ser imutáveis, no sentido de que qualquer tentativa de alterá-los deve ser identificável e causar a destruição do identificador; (4) Os identificadores devem ser facilmente legíveis, de preferência de forma passiva (ou seja, sem necessidade de ligação) para serem adequados para aplicações de campo e de alto volume; (5) Os identificadores devem ser padronizados para que possam ser amplamente adotados, o que é fundamental para a sua eficácia; e (6) Os identificadores devem não ser clonáveis. Introduzimos uma nova abordagem que pode potencialmente abordar todos os critérios listados acima. A técnica proposta utiliza laser pulsado ultracurto para criar tags físicas únicas, não clonáveis ​​e imutáveis, de maneira rápida e barata. Ele utiliza ainda espectroscopia Terahertz (THz)9 de campo distante para leitura de tags de superfície e subsuperfície de maneira não destrutiva. O foco deste artigo é investigar diferentes aspectos da viabilidade do método descrito, no sentido de desenvolver uma solução universal para uma ampla gama de aplicações de rastreabilidade. A viabilidade da imagem THz no tempo de chegada para distinguir marcas de laser com diferentes profundidades e a resolução de tais leituras é investigada. Além disso, é estudada a sensibilidade da leitura THz aos parâmetros de gravação a laser utilizados para a criação da marca. A capacidade do método proposto para criar marcas de alta densidade de informação (ou seja, grandes quantidades de dados por unidade de área) é avaliada investigando a viabilidade de capturar um perfil de superfície, composto por regiões com diferentes valores de altura. Finalmente, é explorada a capacidade do método de leitura THz para capturar tags de subsuperfície.