Une technique révolutionnaire révèle les empreintes digitales avec des détails 3D époustouflants

Lorsque vous utilisez votre empreinte digitale pour déverrouiller votre smartphone, celui-ci examine un motif bidimensionnel pour déterminer s'il s'agit de la bonne empreinte digitale avant de se déverrouiller pour vous. Mais l’empreinte laissée par votre doigt sur la surface du bouton est en réalité une structure 3D appelée empreinte digitale.

Les traces de doigts sont constituées de minuscules crêtes d’huile provenant de votre peau. Chaque crête ne mesure que quelques microns de hauteur, soit quelques centièmes de l'épaisseur d'un cheveu humain.

Les identifiants biométriques enregistrent les empreintes digitales uniquement sous forme d'images 2D, et bien que celles-ci contiennent de nombreuses informations, il en manque beaucoup. Une empreinte digitale 2D néglige la profondeur de la marque digitale, y compris les pores et les cicatrices enfouies dans les crêtes des doigts qui sont difficiles à voir.

Je suis un éducateur et un scientifique qui étudie l'holographie, un domaine de recherche axé sur la façon d'afficher des informations 3D. Mon laboratoire a créé un moyen de cartographier et de visualiser les empreintes digitales en trois dimensions depuis n'importe quelle perspective sur un ordinateur, en utilisant l'holographie numérique.

Types de traces de doigts

Les scientifiques classent les empreintes digitales comme étant visibles, plastiques ou latentes, en fonction de leur visibilité lorsqu'elles sont laissées sur une surface.

Les empreintes digitales patentes sont le type le plus visible – les empreintes digitales sanglantes sur les scènes de crime en sont un exemple. Les traces de doigts en plastique se retrouvent sur des surfaces molles, comme l'argile, le Play-Doh ou les barres de chocolat. L’œil humain peut voir assez facilement les empreintes digitales vernies et plastiques.

Les moins visibles sont les empreintes digitales latentes. On les trouve généralement sur des surfaces dures telles que le verre, les métaux, le bois et les plastiques. Pour les distinguer, un examinateur d'empreintes digitales doit utiliser des méthodes physiques ou chimiques telles que le saupoudrage de poudre, la création de réactions chimiques avec des réactifs appropriés ou la fumée de cyanoacrylate.

Le cyanoacrylate produit de la super colle sous sa forme liquide, mais sous forme de gaz, il peut rendre visibles les traces de doigts latentes. Les chercheurs développent les empreintes en laissant les molécules de vapeur de cyanoacrylate réagir avec les composants des résidus latents des empreintes digitales.

Les détails géométriques des empreintes digitales sont classés en trois niveaux. Le niveau 1 englobe les motifs de crêtes visibles, donc les boucles, les verticilles et les arcs. Le niveau 2 fait référence aux minuties ou aux petits détails, tels que les bifurcations, les terminaisons, les yeux et les crochets.

Enfin, les caractéristiques de niveau 3, telles que les pores, les cicatrices et les plis, sont trop petites pour que l’œil humain puisse les résoudre. C’est là que les techniques optiques comme l’holographie s’avèrent utiles, puisque les longueurs d’onde optiques sont de l’ordre du micron, suffisamment petites pour distinguer de petits détails sur un objet.

Développer des hologrammes d'empreintes digitales

Étant donné que les empreintes digitales sont généralement collectées sous forme d’images 2D et que les hologrammes affichent des informations 3D, mon équipe a souhaité développer une technique capable de montrer toutes les caractéristiques topologiques 3D d’une empreinte digitale.

Pour ce faire, nous collaborons avec le groupe d'Akhlesh Lakhtakia à Penn State. Ils ont développé une technique spécialisée qui dépose une couche mince de film colonnaire à l’échelle nanométrique, appelée CTF, sur l’empreinte digitale pour la développer et la préserver.

Les films minces en colonnes sont des piliers denses de matériau vitreux qui recouvrent uniformément la marque digitale, comme une croissance dense d’arbres identiques dans une forêt.

Tout comme la cime de ces arbres refléterait la topologie du sol, la cime de ces films minces en forme de colonne reproduit la structure 3D des empreintes digitales sur lesquelles ils sont déposés.

Pour créer un hologramme ressemblant à une empreinte digitale 3D, les chercheurs ont divisé la lumière d'un laser en deux parties. Une partie, appelée onde de référence, brille directement sur un appareil photo numérique. L’autre vague brille sur l’objet, en l’occurrence l’empreinte digitale.

Si l'objet est réfléchissant, la lumière réfléchie est également dirigée vers l'appareil photo numérique et superposée à l'onde de référence.

La superposition des ondes – provenant à la fois de la référence et de l’objet – crée un motif d’interférence appelé hologramme. En holographie numérique, cet hologramme, qui est une image 2D, est enregistré dans l'appareil photo numérique.

Les chercheurs importent ensuite l'hologramme sur un ordinateur, où ils peuvent utiliser les lois physiques de la propagation des ondes pour déterminer où les ondes lumineuses du laser ont rebondi sur différentes parties de l'objet.

Ce processus leur permet de reconstruire l'objet sous forme d'image 3D.

Ainsi, l'hologramme reconstruit contient tous les détails 3D de l'objet, et vous pouvez désormais visualiser l'objet 3D sur un ordinateur portable sous n'importe quelle perspective.

Ramasser les empreintes digitales

En 2017, notre collaboration a rapporté nos premiers résultats, où nous avons réalisé des images 3D d'empreintes digitales latentes en utilisant la technique CTF. Nous avons enregistré des hologrammes des empreintes digitales développées par le CTF avec deux longueurs d'onde différentes de lumière – verte et bleue – générées par un laser.

L’utilisation de deux longueurs d’onde différentes nous a permis de distinguer de minuscules détails tels que des pores dans les reconstructions 3D.

Le groupe de recherche de Lakhtakia a déposé des centaines d'empreintes digitales sur du verre, du bois et du plastique. Ils les ont ensuite laissés vieillir dans différents environnements, à différentes températures et niveaux d'humidité, avant de les recouvrir d'un film CTF pour capter l'empreinte digitale.

Mon groupe enregistre les hologrammes numériques de ces empreintes digitales et les visualise en 3D sur un ordinateur.

Nous avons également commencé à travailler sur un meilleur plan d'analyse des empreintes digitales 3D pour aider à identifier les suspects de crime.

Le laboratoire criminel régional de Miami Valley, à Dayton, dans l'Ohio, a évalué la qualité des empreintes digitales capturées par le groupe de recherche de Lakhtakia.

Cela nous aidera également à développer une nouvelle méthode d’étalonnage des reconstructions holographiques 3D, ce qui n’existe pas actuellement.

Cela peut impliquer la création de catégories pour classer la clarté des rendus 3D des empreintes digitales.

L’utilisation des empreintes digitales comme identifiants uniques a une longue histoire, remontant aux anciennes civilisations babylonienne et chinoise.

Ils sont utilisés à des fins médico-légales depuis la fin des années 1890, à commencer par Calcutta, en Inde. Notre travail vise à s’appuyer sur cette riche histoire et à utiliser des technologies de pointe pour améliorer l’analyse des empreintes digitales.

Que pensez-vous de cette avancée révolutionnaire ? Nous aimerions connaître votre point de vue ! N'hésitez pas à partager vos idées dans les commentaires ci-dessous ou à poursuivre la discussion sur notre Twitter ou Facebook.

Recommandations des rédacteurs :

• Les défis de l’IA en 2024 : points de vue de 3 chercheurs de premier plan en IA
• Les humains et ChatGPT reflètent les modèles de langage mutuel – voici comment
• Traders IA ChatGPT : trop rapides, trop furieux, trop risqués ?
• Comment protéger votre adolescent des dangers des réseaux sociaux

Note de l'éditeur : cet article a été rédigé par Partha Banerjee, professeur de génie électrique et informatique à l'Université de Dayton et republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l'article original.