تكشف التقنية الرائدة عن بصمات الأصابع بتفاصيل ثلاثية الأبعاد مذهلة

عندما تستخدم بصمة إصبعك لفتح قفل هاتفك الذكي، ينظر هاتفك إلى نمط ثنائي الأبعاد لتحديد ما إذا كانت بصمة الإصبع الصحيحة قبل أن يفتح لك. لكن البصمة التي يتركها إصبعك على سطح الزر هي في الواقع بنية ثلاثية الأبعاد تسمى علامة الإصبع.

تتكون علامات الأصابع من نتوءات صغيرة من الزيت من جلدك. يبلغ طول كل سلسلة بضعة ميكرونات فقط، أو بضعة أجزاء من المئات من سمك شعرة الإنسان.

تسجل المعرفات الحيوية علامات الأصابع كصور ثنائية الأبعاد فقط، وعلى الرغم من أنها تحمل الكثير من المعلومات، إلا أن هناك الكثير مفقودًا. تهمل بصمة الإصبع ثنائية الأبعاد عمق علامة الإصبع، بما في ذلك المسام والندبات المدفونة في حواف الأصابع والتي يصعب رؤيتها.

أنا معلم وعالم يدرس التصوير المجسم، وهو مجال بحثي يركز على كيفية عرض المعلومات ثلاثية الأبعاد. لقد ابتكر مختبري طريقة لرسم خريطة لعلامات الأصابع وتصورها في ثلاثة أبعاد من أي منظور على جهاز الكمبيوتر - باستخدام التصوير المجسم الرقمي.

أنواع بصمات الأصابع

يصنف العلماء علامات الأصابع على أنها براءة اختراع أو بلاستيكية أو كامنة، اعتمادًا على مدى ظهورها عند تركها على السطح.

بصمات الأصابع هي النوع الأكثر وضوحًا، وبصمات الأصابع الدموية في مسرح الجريمة هي أحد الأمثلة. توجد علامات الأصابع البلاستيكية على الأسطح الناعمة، مثل الطين أو بلاي-دوه أو ألواح الشوكولاتة. يمكن للعين البشرية رؤية بصمات الأصابع وبصمات الأصابع البلاستيكية بسهولة تامة.

الأقل ظهوراً هي بصمات الأصابع الكامنة. وعادة ما توجد هذه على الأسطح الصلبة مثل الزجاج والمعادن والأخشاب والبلاستيك. ولتحديدها، يتعين على فاحص بصمات الأصابع استخدام طرق فيزيائية أو كيميائية مثل رش المسحوق، أو إنشاء تفاعلات كيميائية باستخدام الكواشف المناسبة أو تدخين سيانو أكريلات.

يصنع السيانوأكريليت غراءًا فائقًا في شكله السائل، ولكن كغاز يمكن أن يجعل علامات الأصابع الكامنة مرئية. يقوم الباحثون بتطوير البصمات عن طريق السماح لجزيئات بخار السيانو أكريلات بالتفاعل مع المكونات الموجودة في بقايا بصمات الأصابع الكامنة.

يتم تصنيف التفاصيل الهندسية على علامات الأصابع إلى ثلاثة مستويات. يشمل المستوى 1 أنماط التلال المرئية، مثل الحلقات والحلقات والأقواس. يشير المستوى 2 إلى التفاصيل الدقيقة أو الصغيرة، مثل التشعبات والنهايات والعيون والخطافات.

وأخيرًا، فإن ميزات المستوى 3، مثل المسام والندبات والتجاعيد، صغيرة جدًا بحيث لا يمكن للعين البشرية حلها. هذا هو المكان الذي تصبح فيه التقنيات البصرية مثل التصوير المجسم مفيدة، نظرًا لأن الأطوال الموجية الضوئية تكون في حدود الميكرونات، وهي صغيرة بما يكفي لتكوين تفاصيل صغيرة على الجسم.

تطوير صور ثلاثية الأبعاد لبصمات الأصابع

نظرًا لأنه يتم جمع علامات الأصابع عادةً كصور ثنائية الأبعاد، وتعرض الصور المجسمة معلومات ثلاثية الأبعاد، فقد أراد فريقي تطوير تقنية يمكنها إظهار جميع الخصائص الطوبولوجية ثلاثية الأبعاد لعلامة الإصبع.

وللقيام بذلك، كنا نتعاون مع مجموعة أخليش لاختاكيا في ولاية بنسلفانيا. لقد طوروا تقنية متخصصة تقوم بترسيب طبقة رقيقة عمودية نانوية، تسمى CTF، أعلى علامة الإصبع لتطويرها والحفاظ عليها.

الأغشية الرقيقة العمودية عبارة عن أعمدة كثيفة من مادة زجاجية تغطي علامة الإصبع بشكل موحد، مثل نمو كثيف لأشجار متطابقة في الغابة.

وكما تعكس قمم هذه الأشجار طوبولوجيا الأرض، فإن قمم هذه الأغشية الرقيقة العمودية تكرر البنية ثلاثية الأبعاد لبصمات الأصابع التي تم إيداعها عليها.

ولصنع صورة ثلاثية الأبعاد لشيء يشبه علامة الإصبع ثلاثية الأبعاد، قام الباحثون بتقسيم الضوء الصادر من الليزر إلى جزأين. جزء واحد، يسمى الموجة المرجعية، يضيء مباشرة على الكاميرا الرقمية. تشرق الموجة الأخرى على الجسم، في هذه الحالة علامة الإصبع.

إذا كان الجسم عاكسًا، يتم توجيه الضوء المنعكس أيضًا إلى الكاميرا الرقمية ويتم تركيبه على الموجة المرجعية.

يؤدي تراكب الموجات - سواء من المرجع أو من الجسم - إلى إنشاء نمط تداخل، وهو ما يسمى الهولوغرام. في التصوير المجسم الرقمي، يتم تسجيل هذا الهولوغرام، وهو صورة ثنائية الأبعاد، في الكاميرا الرقمية.

يقوم الباحثون بعد ذلك باستيراد الصورة الثلاثية الأبعاد إلى جهاز كمبيوتر، حيث يمكنهم استخدام القوانين الفيزيائية لانتشار الموجات لمعرفة مكان ارتداد موجات الضوء من الليزر عن أجزاء مختلفة من الجسم.

تسمح لهم هذه العملية بإعادة بناء الكائن كصورة ثلاثية الأبعاد.

لذلك، فإن الصورة ثلاثية الأبعاد المعاد بناؤها تحتوي على جميع التفاصيل ثلاثية الأبعاد للكائن، ويمكنك الآن تصور الكائن ثلاثي الأبعاد على جهاز كمبيوتر محمول من أي منظور.

التقاط بصمات الأصابع

في عام 2017، أعلن تعاوننا عن نتائجنا الأولى، حيث قمنا بعمل صور ثلاثية الأبعاد لبصمات الأصابع الكامنة باستخدام تقنية CTF. لقد سجلنا صورًا ثلاثية الأبعاد لبصمات الأصابع التي تم تطويرها بواسطة CTF مع طولين موجيين مختلفين من الضوء - الأخضر والأزرق - المتولدين من الليزر.

سمح لنا استخدام طولين موجيين مختلفين بتكوين تفاصيل صغيرة مثل المسام في عمليات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد.

وقد أودعت مجموعة أبحاث لختاكيا مئات من بصمات الأصابع على الزجاج والخشب والبلاستيك. ثم تركوها تتقدم في السن في بيئات مختلفة، وفي درجات حرارة ومستويات رطوبة مختلفة، قبل تغليفها بطبقة من فيلم CTF لالتقاط بصمات الأصابع.

تقوم مجموعتي بتسجيل الصور المجسمة الرقمية لبصمات الأصابع هذه وتصورها بشكل ثلاثي الأبعاد على جهاز كمبيوتر.

لقد بدأنا أيضًا العمل على خطة أفضل لتحليل بصمات الأصابع ثلاثية الأبعاد للمساعدة في تحديد المشتبه فيهم بارتكاب جرائم.

قام مختبر الجريمة الإقليمي في وادي ميامي في دايتون، أوهايو، بتصنيف جودة علامات الأصابع التي التقطتها مجموعة أبحاث لاختاكيا.

كما سيساعدنا ذلك على تطوير طريقة جديدة لتصنيف عمليات إعادة البناء الثلاثية الأبعاد، وهو أمر غير موجود حاليًا.

قد يتضمن ذلك إنشاء فئات لتصنيف مدى وضوح العروض ثلاثية الأبعاد لعلامات الأصابع.

إن استخدام بصمات الأصابع كمعرفات فريدة له تاريخ طويل، يعود إلى الحضارتين البابلية والصينية القديمة.

لقد تم استخدامها لأغراض الطب الشرعي منذ أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر، بدءًا من كلكتا، الهند. يهدف عملنا إلى البناء على هذا التاريخ الغني واستخدام التقنيات المتطورة لتحسين تحليل بصمات الأصابع.

ما هي أفكارك حول هذا الإنجاز الرائد؟ نحن نحب أن نسمع وجهة نظرك! لا تتردد في مشاركة أفكارك في التعليقات أدناه أو مواصلة المناقشة على Twitter أو Facebook.

توصيات المحررين:

• تحديات الذكاء الاصطناعي في عام 2024: رؤى من 3 باحثين رائدين في الذكاء الاصطناعي
• يعكس البشر وChatGPT أنماط اللغة المتبادلة - وإليك الطريقة
• متداولو ChatGPT AI: سريع جدًا، غاضب جدًا، محفوف بالمخاطر؟
• كيف تحافظ على أمان ابنك المراهق من تحديات وسائل التواصل الاجتماعي الخطيرة

ملاحظة المحرر: كتب هذا المقال بارثا بانيرجي، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة دايتون وأعيد نشره من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. إقرأ المقال الأصلي.