Команда Массачусетского технологического института разрабатывает метки, печатаемые на 3D-принтере, для классификации и хранения данных о физических объектах.
Если вы загружаете музыку онлайн, вы можете получить сопроводительную информацию, встроенную в цифровой файл, которая может сообщить вам название песни, её жанр, исполнителей, представленных на данном треке, композитора и продюсера. Точно так же, если вы загружаете цифровую фотографию, вы можете получить информацию, которая может включать время, дату и место, где была сделана фотография. Это заставило Мустафу Дога Догана задуматься о том, могут ли инженеры сделать что-то подобное для физических объектов. «Таким образом, — размышлял он, — мы могли бы быстрее и надежнее получать информацию, прогуливаясь по магазину, музею или библиотеке».
Поначалу эта идея казалась немного абстрактной для Догана, аспиранта четвертого курса факультета электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института. Но его мысли укрепились во второй половине 2020 года, когда он услышал о новой модели смартфона с камерой, использующей инфракрасный (ИК) диапазон электромагнитного спектра, невидимый невооруженным глазом. Кроме того, инфракрасный свет обладает уникальной способностью видеть сквозь определенные материалы, непрозрачные для видимого света. Догану пришло в голову, что эта функция, в частности, может быть полезна.
Концепция, которую он с тех пор придумал — работая с коллегами из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) и ученым-исследователем в Facebook, — называется InfraredTags. Вместо стандартных штрих-кодов, прикрепляемых к продуктам, которые со временем могут быть удалены или отделены или стать нечитаемыми по иным причинам, эти метки ненавязчивы (из-за того, что они невидимы) и гораздо более долговечны, учитывая, что они встроены в интерьер объектов, изготовленный на стандартных 3D-принтерах.
В прошлом году Доган потратил пару месяцев, пытаясь найти подходящую разновидность пластика, через которую может проходить инфракрасный свет. Он должен быть в виде катушки с нитью, специально разработанной для 3D-принтеров. После долгих поисков он наткнулся на изготовленные по индивидуальному заказу пластиковые нити небольшой немецкой компании, которые казались многообещающими. Затем он использовал спектрофотометр в лаборатории материаловедения Массачусетского технологического института для анализа образца, где обнаружил, что он непрозрачен для видимого света, но прозрачен для инфракрасного света — именно те свойства, которые он искал.
Следующим шагом было поэкспериментировать с методами изготовления меток на принтере. Один из вариантов заключался в том, чтобы создать код, вырезав крошечные воздушные зазоры — прокси для нулей и единиц — в слое пластика. Другим вариантом, при условии, что доступный принтер может справиться с этим, было бы использование двух видов пластика, один из которых пропускает инфракрасный свет, а другой — непрозрачный, на котором начертан код. Подход с использованием двух материалов предпочтительнее, когда это возможно, потому что он может обеспечить более четкий контраст и, следовательно, его легче считывать с помощью ИК-камеры.
Сами метки могут состоять из знакомых штрих-кодов, которые представляют информацию в линейном одномерном формате. Двумерные варианты, такие как квадратные QR-коды (обычно используемые, например, на этикетках возврата) и так называемые маркеры ArUco (фидуциальные) потенциально могут упаковать больше информации в ту же область. Команда Массачусетского технологического института разработала программный «пользовательский интерфейс», который точно определяет, как должен выглядеть тег и где он должен появляться в конкретном объекте. Несколько тегов могут быть размещены на одном и том же объекте, что упрощает доступ к информации в случае, если обзор под определенным углом затруднен.
«InfraredTags — это действительно умный, полезный и доступный подход к внедрению информации в объекты», — комментирует Фрейзер Андерсон, старший научный сотрудник Технологического центра Autodesk в Торонто, Онтарио. «Я легко могу представить себе будущее, в котором вы можете навести обычную камеру на любой объект, и она даст вам информацию об этом объекте — где он был изготовлен, какие материалы или инструкции по ремонту — и вам даже не придется искать штрих-код».
Доган и его сотрудники создали несколько прототипов в этом направлении, в том числе кружки со штрих-кодами, выгравированными внутри стенок контейнера под 1-миллиметровой пластиковой оболочкой, которую можно считывать с помощью ИК-камер. Они также изготовили прототип маршрутизатора Wi-Fi с невидимыми метками, раскрывающими имя сети или пароль в зависимости от точки зрения. Они сделали дешевый контроллер для видеоигр в форме колеса, полностью пассивный, без каких-либо электронных компонентов. Он просто имеет штрих-код (маркер ArUco) внутри. Игрок просто поворачивает колесо по часовой или против часовой стрелки, а недорогая (20 долларов) ИК-камера может определить его ориентацию в пространстве.
В будущем, если подобные теги станут широко распространены, люди смогут использовать свои мобильные телефоны для включения и выключения света, регулировки громкости динамика или регулирования температуры на термостате. Доган и его коллеги изучают возможность добавления ИК-камер в гарнитуры дополненной реальности. Он представляет, как когда-нибудь ходит по супермаркету в таких наушниках и моментально получает информацию об окружающих его продуктах — сколько калорий в отдельной порции и какие есть рецепты ее приготовления?
Каан Аксит, адъюнкт-профессор компьютерных наук Университетского колледжа Лондона, видит в этой технологии большой потенциал. «Индустрия этикетирования и маркировки занимает значительную часть нашей повседневной жизни, — говорит Аксит. «Все, что мы покупаем, от продуктовых магазинов до деталей, подлежащих замене в наших устройствах (например, аккумуляторы, схемы, компьютеры, автомобильные запчасти), должно быть правильно идентифицировано и отслежено. Работа Доги решает эти проблемы, предоставляя невидимую систему маркировки, которая в основном защищена от песков времени». И поскольку футуристические понятия, такие как метавселенная, становятся частью нашей реальности, Аксит добавляет: «Механизм тегов и маркировки Doga может помочь нам взять с собой цифровую копию предметов, когда мы исследуем трехмерные виртуальные среды».
Документ «InfraredTags: встраивание невидимых AR-маркеров и штрих-кодов в объекты с использованием недорогих инструментов 3D-печати и обработки изображений на основе инфракрасного излучения» (DOI: 10.1145/3491102.3501951) представлен на конференции ACM CHI по человеческому фактору в вычислительных системах, в Новом Орлеане этой весной и будет опубликована в материалах конференции.
Соавторами Догана по этой статье являются Ахмад Така, Майкл Лу, Юньи Чжу, Акшат Кумар и Стефани Мюллер из Массачусетского технологического института CSAIL, и Аакар Гупта из Facebook Reality Labs в Редмонде, штат Вашингтон.
Эта работа была поддержана исследовательской стипендией Фонда Альфреда П. Слоана. Dynamsoft Corp. предоставила лицензию на бесплатное программное обеспечение, которая облегчила это исследование.