۱۹ اکتبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: روپندرا براهامبات-یک ژل جدید به اشیاء یک امضای فیزیکی منحصر به فرد و غیرقابل جعل می‌دهد. (تصویر نمایشی)اسکار مارتین/گتی ایمیجز
در جهانی که ایمپلنت‌های پزشکی جعلی، میکروچیپ‌های تقلبی و دستگاه‌های کلون شده می‌توانند جان، پول و امنیت را تهدید کنند، اثبات اینکه یک شیء فیزیکی واقعاً اصل است، یک چالش بزرگ است.
رمزگذاری دیجیتال مرسوم از داده‌ها محافظت می‌کند، اما نمی‌تواند اقلام فیزیکی را تأیید کند. حتی شماره سریال‌ها، بارکدها و هولوگرام‌ها را می‌توان کپی کرد اگر کسی جزئیات ساخت را بداند.
اکنون، دانشمندان روش جدیدی را با استفاده از نوع خاصی از ژل توسعه داده‌اند که می‌تواند به عنوان یک امضای فیزیکی منحصر به فرد و غیرقابل کپی‌برداری عمل کند. راز این کار در تبدیل ساختار پنهان یک هیدروژل نرم و رسانا به یک سیگنال قابل اندازه‌گیری است که هیچ کس نمی‌تواند آن را کپی کند.
این تیم با استفاده از فرآیندی به نام اتصال متقاطع مونتاژ منطقه‌ای (RAC) برای ساخت یک هیدروژل از دو پلیمر، پلی پیرول (PPy) که رسانای الکتریسیته است و پلی استایرن سولفونات (PSS) که یون‌ها را حمل می‌کند و انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کند، راه‌حل خود را ساختند.
هنگامی که هیدروژل تشکیل می‌شود، مخلوط در معرض یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرد. این امر باعث می‌شود PPy و PSS به نواحی کوچکی تقسیم شوند و هزاران اتصال ایجاد کنند که در آنها الکترون‌ها و یون‌ها با هم تعامل دارند.
هر اتصال کمی متفاوت رفتار می‌کند و یک شبکه سه‌بعدی پیچیده تشکیل می‌دهد که تکثیر دقیق آن غیرممکن است. این اتصالات، که اتصالات انتقال یون-الکترون نامیده می‌شوند، مانند دروازه‌های میکروسکوپی برای بار الکتریکی عمل می‌کنند.
وقتی محققان پالس‌های الکتریکی را از طریق هیدروژل ارسال می‌کنند، پالس‌ها به روشی که به ساختار میکروسکوپی منحصر به فرد ژل بستگی دارد، از طریق این شبکه عبور می‌کنند. حتی اگر همان چالش (مجموعه‌ای از پالس‌های الکتریکی) ۱۰۰۰ بار تکرار شود، هیدروژل پاسخ‌های تقریباً یکسانی تولید می‌کند که نشان می‌دهد بسیار قابل اعتماد است.
نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند: «دستگاه رمزگذاری مبتنی بر هیدروژل RAC بیش از ۱۰۱۹ جفت چالش-پاسخ تولید می‌کند که به طور قابل توجهی از نیاز استاندارد ۱۰۱۰ برای یک رمزنگاری فیزیکی قوی غیرقابل کپی‌برداری فراتر می‌رود.»
افزایش و کاهش ولتاژ سریع است. ژل در ۱۳ میلی‌ثانیه به ۹۰ درصد از ولتاژ اوج خود می‌رسد و در ۴۹ میلی‌ثانیه به ۱۰ درصد کاهش می‌یابد که نشان‌دهنده انتقال بار کارآمد است.طراحی هیدروژل فضای چالش بزرگی ایجاد می‌کند. برای یک شبکه ۸×۸ پالس، تعداد الگوهای ورودی ممکن ۲۶۴ یا حدود ۱۰ کوینتیلیون است. این بسیار بیشتر از توابع غیرقابل کپی فیزیکی (PUF) قبلی است که عملاً حدس زدن یا کپی کردن را برای یک مهاجم غیرممکن می‌کند.حتی زمانی که الگوریتم‌های یادگیری ماشینی پیشرفته، از جمله Transformers، سعی در پیش‌بینی پاسخ‌های ژل بر اساس هزاران نمونه داشتند، شکست خوردند. دینامیک داخلی غیرخطی و غیرقابل پیش‌بینی هیدروژل از مدل‌سازی دقیق جلوگیری می‌کند.
این پیشرفت، مسیر جدیدی را برای احراز هویت ایمن باز می‌کند. هیدروژل RAC مانند یک اثر انگشت فیزیکی برای مواد عمل می‌کند و قابلیت تکرارپذیری بالا، ظرفیت چالش عظیم و مقاومت در برابر کپی کردن را با هم ترکیب می‌کند.
این فناوری فراتر از محافظت از میکروچیپ‌ها و ایمپلنت‌های پزشکی، می‌تواند از لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر، حسگرهای پوشیدنی و بسته‌بندی هوشمند محافظت کند. مواد مورد استفاده، PPy، PSS و حلال‌های ساده، ارزان هستند و ساخت آنها فقط به کنترل ولتاژ اولیه و الگوسازی لیزری نیاز دارد که تولید در مقیاس بزرگ را امکان‌پذیر می‌کند.با این حال، این فناوری هنوز در مراحل اولیه است. در حالی که هیدروژل در برابر حملات بسیار مقاوم است، شرایط شدید یا سایش طولانی مدت ممکن است بر عملکرد آن تأثیر بگذارد و آزمایش در دنیای واقعی در صنایع مختلف مورد نیاز خواهد بود.
محققان قصد دارند جاسازی مستقیم این هیدروژل‌ها در محصولات، بهبود پایداری و افزایش تولید را بررسی کنند. در آینده، هر شیء می‌تواند امضای غیرقابل جعل خود را داشته باشد و لایه‌ای از اعتماد را که به معنای واقعی کلمه در ساختار مولکولی آن تعبیه شده است، اضافه کند.
این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.
