Terahertz

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12474 (2023) Citare questo articolo

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I prodotti contraffatti comportano rischi significativi a livello economico, di sicurezza e di salute. Un approccio per mitigare questi rischi prevede di stabilire la provenienza dei prodotti facendoli risalire alle origini di produzione. Tuttavia, gli attuali metodi di identificazione, come i codici a barre e gli RFID, presentano limitazioni che li rendono vulnerabili alla contraffazione. Allo stesso modo, anche le memorie non volatili, le funzioni fisicamente non clonabili e le tecniche emergenti come il Diamond Unclonable Security Tag e l’impronta digitale del DNA hanno i loro limiti e sfide. Affinché una soluzione di tracciabilità possa essere adottata su larga scala, deve soddisfare determinati criteri, tra cui essere poco costosa, unica, immutabile, facilmente leggibile, standardizzata e non clonabile. In questo articolo proponiamo una soluzione che utilizza laser a impulsi ultracorti per creare tag fisici unici, non clonabili e immutabili. Questi tag possono quindi essere letti in modo non distruttivo utilizzando la spettroscopia Terahertz (THz) a campo lontano. L’obiettivo principale di questo articolo è quello di indagare la fattibilità dell’approccio proposto. Il nostro obiettivo è valutare la capacità di distinguere segni laser con profondità variabili, valutare la sensibilità della lettura THz ai parametri di incisione laser, esaminare la capacità di catturare segni ad alta densità di informazioni ed esplorare la capacità di catturare tag sotterranei. Affrontando questi aspetti, il nostro metodo ha il potenziale per fungere da soluzione universale per un’ampia gamma di applicazioni di tracciabilità.

I prodotti contraffatti1,2 comportano notevoli rischi economici, di sicurezza e sanitari per governi, industrie e società. La microelettronica contraffatta causa perdite annuali per miliardi di dollari, mentre i prodotti farmaceutici contraffatti mettono ogni giorno in pericolo migliaia di vite. Evitare l’uso di prodotti contraffatti è forse l’azione più efficace per mitigare questi rischi, che richiede di stabilire la provenienza dei prodotti rintracciandoli fino alle origini di produzione. Attualmente vengono impiegate diverse tecniche per risolvere questo problema3, tra cui codici a barre, RFID passivi e attivi e altri. Tuttavia, nonostante la loro parziale efficacia nell’affrontare alcuni problemi di tracciabilità, persistono varie sfide. Una delle sfide principali è che questi stessi metodi di identificazione sono soggetti a contraffazione4. I contraffattori possono facilmente clonare gli identificatori esistenti, come i codici a barre, per mascherare i loro prodotti come autentici. Sebbene siano stati proposti metodi più sofisticati, spesso comportano costi di implementazione elevati, difficoltà di gestione, complessità di lettura e problemi di usabilità. Le memorie non volatili (NVM), che possono essere utilizzate per i chip, sono costose e potrebbero non essere adatte per chip più piccoli5. L'utilizzo di memorie non volatili (NVM) richiede l'accensione del dispositivo, il che diventa poco pratico quando si ha a che fare con un gran numero di parti che richiedono analisi all'interno dei loro pacchetti. Allo stesso modo, le funzioni fisiche non clonabili (PUF), applicabili anche ai chip elettronici6, incontrano la stessa sfida di richiedere l’accensione del dispositivo e presentano ulteriori limitazioni per quanto riguarda la memorizzazione delle informazioni. Infatti, sebbene i PUF consentano la creazione di una firma univoca, non consentono l'incorporamento selettivo di dati nel dispositivo. Anche i nuovi metodi emergenti comportano una serie di sfide. Ad esempio, l’etichetta di sicurezza non clonabile del diamante (DUST) è un metodo di tendenza che fornisce un’identità a prova di manomissione per oggetti fisici utilizzando nanocristalli di diamante di ingegneria quantistica incorporati in polimeri ad alte prestazioni7. Questa soluzione è però costosa e presenta difficoltà di attuazione. Inoltre, non è prevista come soluzione pratica per l’applicazione a livello di chip, con conseguente interruzione della tracciabilità della catena di custodia. Allo stesso modo, le soluzioni di rilevamento delle impronte digitali del DNA, come quella sviluppata da Haelixa, incontrano sfide simili quando applicate alla microelettronica8. In generale, una soluzione di tracciabilità efficace deve soddisfare i seguenti criteri affinché possa essere ampiamente adottata dalle industrie e dai governi come mezzo per superare i problemi di contraffazione esistenti: (1) l’integrazione di identificatori nei prodotti dovrebbe essere poco costosa; (2) Gli identificatori devono essere univoci; (3) Gli identificatori devono essere immutabili, nel senso che qualsiasi tentativo di modificarli deve essere identificabile e causare la distruzione dell'identificatore; (4) Gli identificatori devono essere facilmente leggibili, preferibilmente in modo passivo (cioè senza necessità di accensione) per essere adatti per applicazioni sul campo e ad alto volume; (5) Gli identificatori devono essere standardizzati in modo da poter essere adottati su vasta scala, il che è fondamentale per la loro efficacia; e (6) gli identificatori devono essere non clonabili. Introduciamo un nuovo approccio che può potenzialmente soddisfare tutti i criteri sopra elencati. La tecnica proposta utilizza laser a impulsi ultracorti per creare tag fisici unici, non clonabili e immutabili, in modo rapido ed economico. Utilizza inoltre la spettroscopia Terahertz (THz)9 a campo lontano per leggere i tag di superficie e sotto la superficie in modo non distruttivo. L'obiettivo di questo documento è indagare diversi aspetti della fattibilità del metodo descritto, verso lo sviluppo di una soluzione universale per un'ampia gamma di applicazioni di tracciabilità. Viene studiata la fattibilità dell'imaging THz del tempo di arrivo per distinguere i segni laser con diverse profondità e la risoluzione di tali letture. Inoltre, viene studiata la sensibilità della lettura THz ai parametri di incisione laser utilizzati per creare il marchio. La capacità del metodo proposto di creare marchi ad alta densità di informazioni (cioè grandi quantità di dati per unità di superficie) viene valutata indagando la fattibilità di catturare un profilo di superficie, costituito da regioni con diversi valori di altezza. Infine, viene esplorata la capacità del metodo di lettura THz di acquisire tag del sottosuolo.