Les scientifiques du MIT ont créé une interface utilisateur qui facilite l’intégration d’étiquettes courantes (codes QR ou marqueurs ArUco utilisés pour la réalité augmentée) avec la géométrie de l’objet pour les rendre imprimables en 3D sous forme d’étiquettes infrarouges. Crédit : Photos avec l’aimable autorisation du MIT CSAIL
Un MIT team develops 3D-printed tags to classify and store data on physical objects.
If you download music online, you can get accompanying information embedded into the digital file that might tell you the name of the song, its genre, the featured artists on a given track, the composer, and the producer. Similarly, if you download a digital photo, you can obtain information that may include the time, date, and location at which the picture was taken. That led Mustafa Doga Dogan to wonder whether engineers could do something similar for physical objects. “That way,” he mused, “we could inform ourselves faster and more reliably while walking around in a store or museum or library.”
The idea, at first, was a bit abstract for Dogan, a 4th-year PhD student in the MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science. But his thinking solidified in the latter part of 2020 when he heard about a new smartphone model with a camera that utilizes the infrared (IR) range of the electromagnetic spectrum that the naked eye can’t perceive. IR light, moreover, has a unique ability to see through certain materials that are opaque to visible light. It occurred to Dogan that this feature, in particular, could be useful.
The concept he has since come up with — while working with colleagues at MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Lab (CSAIL) and a research scientist at Facebook — is called InfraredTags. In place of the standard barcodes affixed to products, which may be removed or detached or become otherwise unreadable over time, these tags are unobtrusive (due to the fact that they are invisible) and far more durable, given that they’re embedded within the interior of objects fabricated on standard 3D printers.
L’année dernière, M. Dogan a passé deux mois à essayer de trouver une variété appropriée de plastique que la lumière infrarouge peut traverser. Le plastique devait se présenter sous la forme d’une bobine de filament spécialement conçue pour les imprimantes 3D. Après une recherche approfondie, il est tombé sur des filaments de plastique personnalisés fabriqués par une petite entreprise allemande qui semblaient prometteurs. Il a ensuite utilisé un spectrophotomètre dans un laboratoire de science des matériaux du MIT pour analyser un échantillon, où il a découvert qu’il était opaque à la lumière visible mais transparent ou translucide à la lumière infrarouge – exactement les propriétés qu’il recherchait.
L’étape suivante a consisté à expérimenter des techniques de fabrication d’étiquettes sur une imprimante. L’une des options consistait à produire le code en découpant de minuscules espaces d’air – représentant les zéros et les uns – dans une couche de plastique. Une autre option, en supposant qu’une imprimante disponible puisse la gérer, consiste à utiliser deux types de plastique, l’un qui transmet la lumière infrarouge et l’autre – sur lequel le code est inscrit – qui est opaque. L’approche à deux matériaux est préférable, lorsque cela est possible, car elle permet d’obtenir un contraste plus net et donc d’être plus facilement lisible avec une caméra IR.
Les étiquettes elles-mêmes pourraient consister en des codes-barres familiers, qui présentent des informations dans un format linéaire et unidimensionnel. Les options bidimensionnelles, telles que les codes QR carrés (couramment utilisés, par exemple, sur les étiquettes de retour) et les marqueurs ArUco (fiduciaires), peuvent potentiellement contenir plus d’informations dans la même zone. L’équipe du MIT a mis au point une “interface utilisateur” logicielle qui spécifie exactement à quoi doit ressembler l’étiquette et où elle doit apparaître dans un objet particulier. En fait, plusieurs balises pourraient être placées sur un même objet, ce qui faciliterait l’accès aux informations en cas d’obstruction de la vue sous certains angles.
“InfraredTags est une approche vraiment intelligente, utile et accessible de l’intégration d’informations dans les objets”, commente Fraser Anderson, chercheur principal senior au centre technologique d’Autodesk à Toronto (Ontario). “Je peux facilement imaginer un avenir où vous pourrez pointer une caméra standard sur n’importe quel objet et cela vous donnera des informations sur cet objet – où il a été fabriqué, les matériaux utilisés ou les instructions de réparation – et vous n’aurez même pas à chercher un code-barres.”
Dogan et ses collaborateurs ont créé plusieurs prototypes dans ce sens, notamment des tasses avec des codes-barres gravés à l’intérieur des parois du récipient, sous une coque en plastique d’un millimètre, qui peuvent être lus par des caméras IR. Ils ont également fabriqué un prototype de routeur Wi-Fi doté d’étiquettes invisibles qui révèlent le nom du réseau ou le mot de passe, selon le point de vue d’où on le regarde. Ils ont fabriqué une manette de jeu vidéo bon marché, en forme de roue, qui est complètement passive, sans aucun composant électronique. Elle contient simplement un code-barres (marqueur ArUco). Il suffit au joueur de tourner la roue dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse, et une caméra infrarouge bon marché (20 dollars) peut alors déterminer son orientation dans l’espace.
À l’avenir, si les étiquettes de ce type se généralisent, les gens pourraient utiliser leur téléphone portable pour allumer et éteindre les lumières, contrôler le volume d’un haut-parleur ou régler la température d’un thermostat. Dogan et ses collègues étudient la possibilité d’ajouter des caméras IR aux casques de réalité augmentée. Il imagine se promener un jour dans un supermarché avec de tels casques et obtenir instantanément des informations sur les produits qui l’entourent – combien de calories contient une portion individuelle, et quelles sont les recettes pour la préparer ?
Kaan Aksit, professeur associé d’informatique à l’University College de Londres, voit un grand potentiel pour cette technologie. “L’industrie de l’étiquetage et du marquage constitue une vaste partie de notre vie quotidienne”, explique M. Aksit. “Tout ce que nous achetons, de l’épicerie à l’hôtel de ville.Les pièces à remplacer dans nos appareils (par exemple, les piles, les circuits, les ordinateurs, les pièces de voiture) doivent être identifiées et suivies correctement. Le travail de Doga aborde ces questions en fournissant un système de marquage invisible qui est en grande partie protégé contre les sables du temps.” Et alors que des notions futuristes comme le métavers font partie de notre réalité, Aksit ajoute : “Le mécanisme de marquage et d’étiquetage de Doga peut nous aider à emporter une copie numérique des objets avec nous lorsque nous explorons des environnements virtuels tridimensionnels.”
Le site papier, “InfraredTags : Embedding Invisible AR Markers and Barcodes into Objects Using Low-Cost Infrared-Based 3D Printing and Imaging Tools” (DOI : 10.1145/3491102.3501951) est présenté à l’ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, à la Nouvelle-Orléans ce printemps, et sera publié dans les actes de la conférence.
Les coauteurs de Dogan sur cet article sont Ahmad Taka, Michael Lu, Yunyi Zhu, Akshat Kumar, et Stefanie Mueller du MIT CSAIL ; et Aakar Gupta de Facebook Reality Labs à Redmond, Washington.
Ce travail a été soutenu par une bourse de recherche de la Fondation Alfred P. Sloan. Dynamsoft Corp. a fourni une licence de logiciel libre qui a facilité cette recherche.
