Onzichtbare, maar voor machines leesbare labels, die objecten identificeren en volgen (Video)

MIT-wetenschappers hebben een gebruikersinterface gebouwd die de integratie van gemeenschappelijke tags (QR-codes of ArUco-markeringen die worden gebruikt voor augmented reality) met de objectgeometrie vergemakkelijkt om ze 3D-afdrukbaar te maken als InfraredTags. Foto's met dank aan MIT CSAIL.

Het idee was aanvankelijk een beetje abstract voor Dogan, een vierdejaars PhD-student aan de MIT-afdeling Electrical Engineering and Computer Science. Maar zijn denken stolde in de tweede helft van 2020 toen hij hoorde over een nieuw smartphonemodel met een camera die gebruikmaakt van het infrarood (IR) bereik van het elektromagnetische spectrum dat het blote oog niet kan waarnemen. IR-licht heeft bovendien het unieke vermogen om door bepaalde materialen te kijken die ondoorzichtig zijn voor zichtbaar licht. Het kwam bij Dogan op dat vooral deze functie nuttig zou kunnen zijn.

Het concept dat hij sindsdien samen heeft bedacht met collega’s van MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Lab (CSAIL) en een onderzoekswetenschapper bij Facebook – heet InfraredTags. In plaats van de standaard streepjescodes die op producten zijn aangebracht, die na verloop van tijd kunnen worden verwijderd of losgemaakt of anderszins onleesbaar worden, zijn deze tags onopvallend (omdat ze onzichtbaar zijn) en veel duurzamer, aangezien ze zijn ingebed in de interieur van objecten vervaardigd op standaard 3D-printers.

Vorig jaar was Dogan een paar maanden bezig met het vinden van een geschikt soort plastic waar IR-licht doorheen kan. Het zou uiteindelijk moeten komen in de vorm van een filamentspoel die speciaal is ontworpen voor 3D-printers. Na een uitgebreide zoektocht kwam hij op maat gemaakte plastic filamenten van een klein Duits bedrijf tegen die veelbelovend leken. Vervolgens gebruikte hij een spectrofotometer in een materiaalwetenschappelijk laboratorium van het MIT om een monster te analyseren, waar hij ontdekte dat het ondoorzichtig was voor zichtbaar licht, maar transparant of doorschijnend voor IR-licht – precies de eigenschappen die hij zocht.

De volgende stap was het experimenteren met technieken om tags te maken op een printer. Een optie was om de code te produceren door kleine luchtgaten – proxy’s voor nullen en enen – in een laag plastic uit te snijden. Een andere optie, ervan uitgaande dat een beschikbare printer het aankan, zou zijn om twee soorten plastic te gebruiken, een die IR-licht doorlaat en de andere – waarop de code is ingeschreven – die ondoorzichtig is. De dubbele materiaalbenadering verdient, indien mogelijk, de voorkeur, omdat deze een duidelijker contrast kan bieden en dus gemakkelijker kan worden gelezen met een IR-camera.

De tags zelf kunnen bestaan uit bekende streepjescodes, die informatie weergeven in een lineair, eendimensionaal formaat. Tweedimensionale opties – zoals vierkante QR-codes (vaak gebruikt, bijvoorbeeld op retouretiketten) en zogenaamde ArUco (fiducial) markeringen – kunnen mogelijk meer informatie in hetzelfde gebied verpakken. Het MIT-team heeft een software-“gebruikersinterface” ontwikkeld die precies specificeert hoe de tag eruit moet zien en waar deze binnen een bepaald object moet verschijnen. Meerdere tags kunnen door hetzelfde object worden geplaatst, waardoor het gemakkelijk is om toegang te krijgen tot informatie in het geval dat het zicht vanuit bepaalde hoeken wordt belemmerd.

“InfraredTags is een heel slimme, nuttige en toegankelijke manier om informatie in objecten in te bedden”, zegt Fraser Anderson, senior hoofdonderzoeker bij het Autodesk Technology Centre in Toronto, Ontario. “Ik kan me gemakkelijk een toekomst voorstellen waarin je een standaardcamera op elk object kunt richten en het je informatie zou geven over dat object – waar het is vervaardigd, de gebruikte materialen of reparatie-instructies – en je zou niet eens hoeven te zoeken naar een streepjescode.”

Dogan en zijn medewerkers hebben verschillende prototypes in deze richting gemaakt, waaronder mokken met streepjescodes gegraveerd in de containerwanden, onder een plastic schaal van 1 millimeter, die kan worden gelezen door IR-camera’s. Ze hebben ook een prototype van een wifi-router gefabriceerd met onzichtbare tags die de netwerknaam of het wachtwoord onthullen, afhankelijk van het perspectief van waaruit het wordt bekeken. Ze hebben een goedkope videogamecontroller gemaakt, in de vorm van een wiel, die volledig passief is, zonder elektronische componenten. Het heeft alleen een streepjescode (ArUco-markering) erin. Een speler draait eenvoudig het wiel, met de klok mee of tegen de klok in, en een goedkope (20 dollar) IR-camera kan vervolgens zijn oriëntatie in de ruimte bepalen.

Als dergelijke tags in de toekomst wijdverbreid worden, zouden mensen hun mobiele telefoon kunnen gebruiken om lichten aan en uit te zetten, het volume van een luidspreker te regelen of de temperatuur op een thermostaat te regelen. Dogan en zijn collega’s onderzoeken de mogelijkheid om IR-camera’s toe te voegen aan augmented reality-headsets. Hij stelt zich voor dat hij op een dag door een supermarkt loopt, zulke koptelefoons draagt en onmiddellijk informatie krijgt over de producten om hem heen – hoeveel calorieën zitten er in een individuele portie en wat zijn enkele recepten om het te bereiden?