Técnica inovadora revela impressões digitais em detalhes 3D impressionantes

Quando você usa sua impressão digital para desbloquear o smartphone, seu telefone analisa um padrão bidimensional para determinar se é a impressão digital correta antes de ser desbloqueado para você. Mas a impressão que seu dedo deixa na superfície do botão é na verdade uma estrutura 3D chamada marca digital.

As marcas dos dedos são compostas por pequenas cristas de óleo da pele. Cada crista tem apenas alguns mícrons de altura, ou alguns centésimos da espessura do cabelo humano.

Os identificadores biométricos registram marcas digitais apenas como imagens 2D e, embora contenham muitas informações, faltam muitas. Uma impressão digital 2D negligencia a profundidade da marca digital, incluindo poros e cicatrizes enterradas nas cristas dos dedos que são difíceis de ver.

Sou um educador e cientista que estuda holografia, um campo de pesquisa que se concentra em como exibir informações em 3D. Meu laboratório criou uma maneira de mapear e visualizar marcas de dedos em três dimensões a partir de qualquer perspectiva em um computador – usando holografia digital.

Tipos de marcas digitais

Os cientistas categorizam as marcas digitais como patentes, plásticas ou latentes, dependendo de quão visíveis elas são quando deixadas em uma superfície.

As marcas digitais patenteadas são o tipo mais visível – impressões digitais com sangue nas cenas do crime são um exemplo. Marcas de dedos de plástico são encontradas em superfícies macias, como argila, Play-Doh ou barras de chocolate. O olho humano pode ver marcas digitais patenteadas e plásticas com bastante facilidade.

As menos visíveis são as marcas digitais latentes. Geralmente são encontrados em superfícies duras, como vidro, metais, madeiras e plásticos. Para decifrá-los, um examinador de impressões digitais deve usar métodos físicos ou químicos, como polvilhar com pó, criar reações químicas com reagentes apropriados ou vaporização de cianoacrilato.

O cianoacrilato produz supercola em sua forma líquida, mas como gás pode tornar visíveis marcas de dedos latentes. Os pesquisadores desenvolvem as impressões deixando as moléculas de vapor de cianoacrilato reagirem com os componentes do resíduo latente da impressão digital.

Os detalhes geométricos nas marcas digitais são categorizados em três níveis. O nível 1 abrange padrões de cristas visíveis, ou seja, loops, espirais e arcos. O nível 2 refere-se a minúcias ou pequenos detalhes, como bifurcações, terminações, olhos e ganchos.

Finalmente, as características do Nível 3, como poros, cicatrizes e vincos, são demasiado pequenas para serem detectadas pelo olho humano. É aqui que as técnicas ópticas como a holografia são úteis, uma vez que os comprimentos de onda ópticos são da ordem de mícrons, pequenos o suficiente para detectar pequenos detalhes em um objeto.

Desenvolvendo hologramas de marcas digitais

Como as marcas digitais são geralmente coletadas como imagens 2D e os hologramas exibem informações 3D, minha equipe queria desenvolver uma técnica que pudesse mostrar todas as características topológicas 3D de uma marca digital.

Para fazer isso, temos colaborado com o grupo de Akhlesh Lakhtakia na Penn State. Eles desenvolveram uma técnica especializada que deposita uma camada de filme fino colunar em nanoescala, chamada CTF, no topo da marca digital para revelá-la e preservá-la.

Filmes finos colunares são pilares densos de material vítreo que cobrem uniformemente a marca do dedo, como um denso crescimento de árvores idênticas em uma floresta.

Assim como os topos destas árvores refletiriam a topologia do solo, os topos destes filmes finos colunares replicam a estrutura 3D das marcas de dedos nas quais são depositados.

Para fazer um holograma semelhante a uma marca digital 3D, os pesquisadores dividiram a luz de um laser em duas partes. Uma parte, chamada onda de referência, brilha diretamente em uma câmera digital. A outra onda brilha sobre o objeto, neste caso a marca digital.

Se o objeto for reflexivo, a luz refletida também será direcionada para a câmera digital e sobreposta à onda de referência.

A superposição de ondas – tanto da referência quanto do objeto – cria um padrão de interferência, que é chamado de holograma. Na holografia digital, esse holograma, que é uma imagem 2D, é gravado na câmera digital.

Os pesquisadores então importam o holograma para um computador, onde podem usar as leis físicas da propagação das ondas para descobrir onde as ondas de luz do laser ricochetearam em diferentes partes do objeto.

Este processo permite reconstruir o objeto como uma imagem 3D.

Assim, o holograma reconstruído possui todos os detalhes 3D do objeto, e agora você pode visualizar o objeto 3D em um laptop de qualquer perspectiva.

Pegando marcas de dedos

Em 2017, nossa colaboração relatou nossos primeiros resultados, onde fizemos imagens 3D de marcas digitais latentes usando a técnica CTF. Gravamos hologramas das marcas digitais desenvolvidas pelo CTF com dois comprimentos de onda diferentes de luz – verde e azul – gerados a partir de um laser.

O uso de dois comprimentos de onda diferentes nos permitiu distinguir pequenos detalhes, como poros, nas reconstruções 3D.

O grupo de pesquisa de Lakhtakia depositou centenas de marcas de dedos em vidro, madeira e plástico. Eles então os deixaram envelhecer em diferentes ambientes, em diversas temperaturas e níveis de umidade, antes de cobri-los com filme CTF para captar a impressão digital.

Meu grupo registra os hologramas digitais dessas marcas digitais e as visualiza em 3D em um computador.

Também começamos a trabalhar em um plano melhor de análise de impressões digitais em 3D para ajudar a identificar suspeitos de crimes.

O Laboratório Criminal Regional de Miami Valley, em Dayton, Ohio, avaliou a qualidade das marcas digitais capturadas pelo grupo de pesquisa de Lakhtakia.

Também nos ajudará a desenvolver um novo método para classificar as reconstruções holográficas 3D, algo que não existe atualmente.

Isso pode envolver a criação de categorias para classificar a clareza das representações 3D das marcas de dedo.

O uso de impressões digitais como identificadores únicos tem uma longa história, que remonta às antigas civilizações babilônica e chinesa.

Eles têm sido usados ​​para fins forenses desde o final da década de 1890, começando em Calcutá, na Índia. Nosso trabalho visa aproveitar essa rica história e usar tecnologias de ponta para melhorar a análise de impressões digitais.

O que você acha desse avanço inovador? Adoraríamos ouvir sua perspectiva! Sinta-se à vontade para compartilhar suas idéias nos comentários abaixo ou continuar a discussão em nosso Twitter ou Facebook.

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Nota do Editor: Este artigo foi escrito por Partha Banerjee, Professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Dayton e republicado em The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.