Una técnica innovadora revela huellas dactilares con impresionantes detalles en 3D

Cuando usa su huella digital para desbloquear su teléfono inteligente, su teléfono observa un patrón bidimensional para determinar si es la huella digital correcta antes de desbloquearse por usted. Pero la huella que deja el dedo en la superficie del botón es en realidad una estructura 3D llamada marca digital.

Las marcas de los dedos están formadas por pequeñas crestas de grasa de la piel. Cada cresta tiene sólo unas pocas micras de altura, o unas pocas centésimas del grosor del cabello humano.

Los identificadores biométricos registran las marcas dactilares sólo como imágenes en 2D y, aunque contienen mucha información, falta mucha. Una huella digital 2D ignora la profundidad de la marca, incluidos los poros y cicatrices enterradas en las crestas de los dedos que son difíciles de ver.

Soy un educador y científico que estudia la holografía, un campo de investigación que se centra en cómo mostrar información en 3D. Mi laboratorio ha creado una forma de mapear y visualizar marcas dactilares en tres dimensiones desde cualquier perspectiva en una computadora, utilizando holografía digital.

Tipos de marcas dactilares

Los científicos clasifican las marcas de dedos como patentes, plásticas o latentes, dependiendo de qué tan visibles sean cuando se dejan en una superficie.

Las huellas dactilares patentes son el tipo más visible; las huellas dactilares con sangre en la escena del crimen son un ejemplo. Las marcas de dedos de plástico se encuentran en superficies blandas, como arcilla, Play-Doh o barras de chocolate. El ojo humano puede ver con bastante facilidad marcas de dedos patentes y de plástico.

Las menos visibles son las huellas dactilares latentes. Suelen encontrarse en superficies duras como vidrio, metales, maderas y plásticos. Para distinguirlas, el examinador de huellas dactilares debe utilizar métodos físicos o químicos, como espolvorear con polvo, crear reacciones químicas con reactivos adecuados o fumar con cianoacrilato.

El cianoacrilato produce superpegamento en su forma líquida, pero en forma gaseosa puede hacer visibles las marcas de dedos latentes. Los investigadores desarrollan las impresiones dejando que las moléculas de vapor de cianoacrilato reaccionen con los componentes del residuo latente de las huellas dactilares.

Los detalles geométricos de las huellas dactilares se clasifican en tres niveles. El nivel 1 abarca patrones de crestas visibles, es decir, bucles, verticilos y arcos. El nivel 2 se refiere a minucias o pequeños detalles, como bifurcaciones, terminaciones, ojos y ganchos.

Finalmente, las características del Nivel 3, como poros, cicatrices y pliegues, son demasiado pequeñas para que el ojo humano las resuelva. Aquí es donde las técnicas ópticas como la holografía resultan útiles, ya que las longitudes de onda ópticas son del orden de micras, lo suficientemente pequeñas como para distinguir pequeños detalles de un objeto.

Desarrollo de hologramas de huellas dactilares

Dado que las marcas digitales generalmente se recopilan como imágenes en 2D y los hologramas muestran información en 3D, mi equipo quería desarrollar una técnica que pudiera mostrar todas las características topológicas en 3D de una marca digital.

Para ello, hemos estado colaborando con el grupo de Akhlesh Lakhtakia en Penn State. Desarrollaron una técnica especializada que deposita una fina capa de película columnar a nanoescala, llamada CTF, encima de la marca del dedo para revelarla y preservarla.

Las finas películas columnares son densos pilares de material vítreo que cubren uniformemente la marca del dedo, como un denso crecimiento de árboles idénticos en un bosque.

Así como las copas de estos árboles reflejarían la topología del suelo, las copas de estas delgadas películas columnares replican la estructura tridimensional de las marcas de dedos sobre las que se depositan.

Para hacer un holograma de algo parecido a una marca digital en 3D, los investigadores dividieron la luz de un láser en dos partes. Una parte, llamada onda de referencia, brilla directamente sobre una cámara digital. La otra onda brilla sobre el objeto, en este caso la marca del dedo.

Si el objeto es reflectante, la luz reflejada también se dirige a la cámara digital y se superpone a la onda de referencia.

La superposición de ondas, tanto de la referencia como del objeto, crea un patrón de interferencia, que se llama holograma. En la holografía digital, este holograma, que es una imagen 2D, se graba en la cámara digital.

Luego, los investigadores importan el holograma a una computadora, donde pueden usar las leyes físicas de la propagación de ondas para determinar dónde rebotaron las ondas de luz del láser en las diferentes partes del objeto.

Este proceso les permite reconstruir el objeto como una imagen 3D.

Entonces, el holograma reconstruido tiene todos los detalles 3D del objeto y ahora puedes visualizar el objeto 3D en una computadora portátil desde cualquier perspectiva.

Recogiendo huellas dactilares

En 2017, nuestra colaboración informó nuestros primeros resultados, donde tomamos imágenes en 3D de marcas dactilares latentes utilizando la técnica CTF. Registramos hologramas de las marcas dactilares desarrolladas por el CTF con dos longitudes de onda de luz diferentes (verde y azul) generadas por un láser.

El uso de dos longitudes de onda diferentes nos permitió distinguir pequeños detalles, como poros, en las reconstrucciones 3D.

El grupo de investigación de Lakhtakia ha depositado cientos de huellas dactilares en vidrio, madera y plástico. Luego los dejaron envejecer en diferentes ambientes, a diferentes temperaturas y niveles de humedad, antes de recubrirlos con una película CTF para detectar las huellas dactilares.

Mi grupo registra los hologramas digitales de estas marcas dactilares y los visualiza en 3D en una computadora.

También hemos comenzado a trabajar en un mejor plan de análisis de huellas dactilares en 3D para ayudar a identificar a los sospechosos de delitos.

El Laboratorio Criminal Regional del Valle de Miami en Dayton, Ohio, ha calificado la calidad de las marcas dactilares capturadas por el grupo de investigación de Lakhtakia.

También nos ayudará a desarrollar un nuevo método para graduar las reconstrucciones holográficas 3D, algo que no existe actualmente.

Esto puede implicar la creación de categorías para clasificar qué tan claras son las representaciones 3D de las marcas de los dedos.

El uso de huellas dactilares como identificadores únicos tiene una larga historia, que se remonta a las antiguas civilizaciones babilónica y china.

Se han utilizado con fines forenses desde finales de la década de 1890, empezando en Calcuta, India. Nuestro trabajo tiene como objetivo aprovechar esta rica historia y utilizar tecnologías de vanguardia para mejorar el análisis de huellas dactilares.

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Nota del editor: este artículo fue escrito por Partha Banerjee, profesora de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Dayton y republicado desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.