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手可作為一個(gè)天然且智能化的紅外光源。（A）整只手作為光源和（B）每根手指作為獨(dú)立光源的示意圖。

本報(bào)訊?近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授鄧濤團(tuán)隊(duì)在以人手作為智能紅外光源進(jìn)行信息識(shí)別研究中獲得重要進(jìn)展。相關(guān)研究在線發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。

紅外光源作為光源中的一種，在傳感、能源、通信、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。相對(duì)于人造紅外光源，人體是一個(gè)天然的紅外光源，發(fā)射的紅外光峰值在9微米左右，正好處于大氣透射窗口（7.5微米~14微米）且發(fā)射的為非相干光?；谶@一原理，研究人員在這項(xiàng)工作中研究了手作為一個(gè)天然智能紅外光源在不同系統(tǒng)里面的應(yīng)用：整只手作為光源集成到防偽系統(tǒng)中進(jìn)行信息識(shí)別；每根手指作為一個(gè)獨(dú)立的紅外光源集成到信號(hào)生成系統(tǒng)中進(jìn)行手語(yǔ)識(shí)別。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在將手集成到基于反射的防偽系統(tǒng)中進(jìn)行信息識(shí)別的工作中，防偽標(biāo)簽由鋁基底上噴涂透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）圖案構(gòu)成。金屬鋁對(duì)紅外光具有很強(qiáng)的反射率，而PDMS聚合物由于官能團(tuán)的紅外吸收導(dǎo)致反射率降低。當(dāng)手作為紅外光源放在防偽標(biāo)簽一側(cè)時(shí)，防偽圖案的不同部分反射的紅外光強(qiáng)度不同，被紅外相機(jī)捕捉并可視化，從而使得肉眼不可見(jiàn)的防偽圖案被識(shí)別出來(lái)。

通過(guò)調(diào)控PDMS薄膜的紅外反射率，研究人員進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了多級(jí)彩色信息加密與識(shí)別，與單色的防偽圖案相比，進(jìn)一步提高了信息加密的等級(jí)與安全性。論文第一作者、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生安順告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，不僅整只手可以作為一個(gè)光源，每根手指也可以作為獨(dú)立的紅外光源且發(fā)射的紅外光可以被金屬反射型光柵衍射。通過(guò)調(diào)控光柵的周期及取向，每根手指發(fā)射的紅外光可以選擇性地被特定的光柵衍射，從而將該光柵“照亮”。光源的數(shù)量以及相對(duì)位置可以通過(guò)改變手勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)改變手勢(shì)時(shí)，紅外相機(jī)可以從同一個(gè)光柵陣列中識(shí)別出不同的紅外衍射圖案，且這些衍射圖案與手勢(shì)之間一一對(duì)應(yīng)。如將手勢(shì)作為密鑰集成到防偽系統(tǒng)中，將會(huì)進(jìn)一步提高防偽的等級(jí)，以及信息加密的安全性。

這種手勢(shì)與紅外衍射圖案之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)一步被集成到信號(hào)生成系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)手語(yǔ)識(shí)別功能。研究人員設(shè)計(jì)了一種僅需3根手指即可產(chǎn)生26種手勢(shì)以及相應(yīng)的26種紅外衍射圖案的手語(yǔ)識(shí)別系統(tǒng)，并將這26種紅外衍射圖案與26個(gè)英文字母一一對(duì)應(yīng)。與傳統(tǒng)的直接識(shí)別手勢(shì)輪廓的手語(yǔ)識(shí)別系統(tǒng)相比，本研究將復(fù)雜的手勢(shì)轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單的紅外衍射圖案進(jìn)行識(shí)別，不僅避免了環(huán)境光線以及復(fù)雜背景對(duì)于識(shí)別的干擾，在手勢(shì)分割、特征提取等方面也具有較高的魯棒性，采用簡(jiǎn)單的算法即可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速的手語(yǔ)識(shí)別。

同時(shí)，這項(xiàng)研究證明了手作為一個(gè)天然且智能化的紅外光源在不同系統(tǒng)中的應(yīng)用。將手集成到這些系統(tǒng)里不僅提高了系統(tǒng)的可持續(xù)性，并且由于大腦直接參與光源的調(diào)控，所以也進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的智能性和可控制性。

“這項(xiàng)工作為提高人工系統(tǒng)的可持續(xù)性和智能性提供了一種新思路，可以促進(jìn)以人體紅外光源取代人造紅外光源，從而實(shí)現(xiàn)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。”安順說(shuō)。（黃辛）

相關(guān)論文信息：https://www.pnas.org/content/118/15/e2021077118