チームの最近の成果 - 張宏坤さんが高レベルの学術誌に論文を発表

我々のチームと上海大学材料基因工学研究院の巫金波教授の研究グループは、国際学術誌『Small』(IF:11.459,中国科学院1区トップ)にオンラインで論文「Unclonable Micro-Texture with Clonable Micro-Shape towards Rapid, Convenient, and Low-Cost Fluorescent Anti-Counterfeiting Labels」を投稿しました。この学術誌は工学技術・材料科学を含む総合的な研究分野のトップレベルの学術誌の1つであり、JCRおよび中国科学院のSCI区分は1区トップに分類されています。この論文では上海大学が第一単位となっており、上海大学コンピュータ工学科の張宏坤修士課程生と材料基因工学研究院の林宇宏・馮静芸修士課程生が共同第一著者となっており、巫金波教授と韓越興副教授が共同連絡著者となっています。この研究は張統一院士、温維佳教授、および沖縄科学技術研究所(OIST)の戚亜冰教授から強力なサポートを得ています。

高級ブランドから医療製品に至るまで、模造偽造品は巨大な経済損失と人々の健康リスクをもたらしています。現在広く使用されている防偽ラベルは決定論的生産プロセスに根ざしており、簡単に製造できる一方で容易にコピーできてしまいます。物理的な非複製性機能(PUF)を持つ防偽ラベルを生産することは実現可能な解決策ですが、従来のPUF認識技術ではデータベースにある全ての画像と一様にマッチングする必要があって、製造コストが高く認識速度も遅いという課題がありました。 我々の研究では、マイクロテクスチャが非複製的でありながらマイクロシェイプが複製可能な新しい概念を提案し、速く簡単に低コストな蛍光防偪ラベルの開発を可能にしました。

上述の問題を解決するため、この研究チームはパラレルディスコンテニュアスウェッティング技術を用いて4層の防偽機能を持つ高精度にラベルを製造しました。カルサイト鉱線ムーン光は第一の防偽機能であり、 マクロ構成単位からなるマクロパターンはバーコードなどの情報を携え第二の防偽機能である、形態の異なるマイクロ単位は第三の防偽機能である。自己組織化したランダムプロセスから生じた複製不可能なテクスチャーは第四の防偽機能です。 このラベルはコストが低く、製造が簡単かつ速く、高い防偽性能を実現しました。我々のモデルはマイクロテクスチャが非複製的でありながらマイクロシェイプが複製可能であるため、学習の必要なく高速に検知可能です。

我々の主な研究は実際の薄膜パターンを含むデータベースの設計と構築を行いました。形状データベースとテクスチャデータベースが含まれています。CNL(ランドマークの数をコントロール)方法、改善されたホフ変換方法、形状空間理論を用いて形状の識別を行い、続けてGMS(グリッドベースのモーション統計)方法を用いてラベルのテクスチャーの同定を行いました。 形状データベースから微細単位の形状特徴量を抽出し、テクスチャデータベースからテクスチャ特徴量を抽出しました。学習段階なしで微細単位の形状の一致率は99.5%、テクスチャの一致率は100%に達しました。 このように、私たちの提案したラベルはマイクロテクスチャが非複製的でありながらマイクロシェイプが複製可能なため、高速かつ正確に検知できるという利点があります。

実際の応用例では、スマートフォンや携帯型顕微鏡を用いて防偽マイクロパターンを取得し認識ソフトウェアで照合して同定を行いました。ナノ結晶薄膜の様々な輪郭形状を細分して「分類記号」として画像データの同定に用いました。この「分けて治す」戦略に基づく認証技術では、時間を20倍以上削減できることが示されました。高速合成技術とデータ主導型マテリアル応用が組み合わされて、Agent costが2.1 × 10^-4USD、認証が速く簡単(総時間12.17s)、エンコード容量が2.1 × 10^623に達しました。 結論として、我々の提案したラベルはマイクロテクスチャが非複製的でありながらマイクロシェイプが複製可能性という利点を活用し、高速かつ正確に認証することができました。

この関連研究は国家重点研究開発プログラム(2020YFB0704503, 2018YFB0704400,2018YFB0704402)、国家自然科学財団(21775101)、111プロジェクト(D16002)、上海科学技術委員会プロジェクト(20ZR1419000)から資金提供を受けています。 研究を後押しするための多額の財政支援があることは、この重要な研究の価値を示しています。開発された技術は偽造防止分野に大きな影響を与える可能性があります。

論文へのリンク：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100244