Pesquisadores do MIT desenvolveram um inovador sistema de marcação baseado em seda para combater sementes falsificadas, um dos principais contribuintes para o baixo rendimento das colheitas na África. Conforme descrito no jornal Os avanços da ciência, o sistema usa minúsculos pontos de seda, cada um contendo uma combinação única de assinaturas químicas, para fornecer um código “não clonável” que não pode ser replicado.
As sementes falsificadas têm atormentado os agricultores em muitos países africanos, com o Banco Mundial estimando que até metade de todas as sementes vendidas em algumas regiões são falsas. Isso contribui para o rendimento das culturas que estão muito abaixo do potencial, causando perdas significativas para os agricultores.
Tentativas anteriores de impedir a falsificação de sementes usando etiquetas de rastreamento não tiveram sucesso devido à sua vulnerabilidade a hackers. No entanto, o novo sistema de marcação baseado em seda aproveita a aleatoriedade e a incerteza no processo de inscrição, tornando a replicação praticamente impossível.
o reitor de engenharia do MIT, Anantha Chandrakasan, professor de engenharia civil e ambiental Benedetto Marelli, pós-doutorado Hui Sun e estudante graduado Saurav Maji colaborou no projeto, combinando sua experiência em soluções de sistemas seguros e sistemas de revestimento de seda.
Marelli explica que a chave para o novo sistema é criar um objeto físico produzido aleatoriamente cuja composição exata é praticamente impossível de duplicar. Os rótulos que eles criam “alavancam a aleatoriedade e a incerteza no processo de aplicação, para gerar características de assinatura únicas que podem ser lidas e que não podem ser replicadas”, diz ele. em um comunicado de imprensa.
O que eles estão enfrentando, acrescenta Sun, “é o velho trabalho de tentar, basicamente, não ter suas coisas roubadas. E você pode tentar o máximo que puder, mas eventualmente alguém sempre é inteligente o suficiente para descobrir como fazer isso, então nada é realmente inquebrável. Mas a ideia é que é quase impossível, senão impossível, replicá-lo, ou exige tanto esforço que não vale mais a pena.”
A ideia de um código “não clonável” foi inicialmente desenvolvida para proteger a autenticidade dos chips de computador, explica Chandrakasan, o professor Vannevar Bush de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação. “Em circuitos integrados, os transistores individuais têm propriedades ligeiramente diferentes nas variações de dispositivos”, explica ele, “e você pode usar essa variabilidade e combiná-la com circuitos de nível superior para criar uma identificação exclusiva para o dispositivo. E depois de ter isso, você pode usar esse ID exclusivo como parte de um protocolo de segurança. Algo como a variabilidade do transistor é difícil de replicar de dispositivo para dispositivo, então é isso que lhe dá sua singularidade, em vez de armazenar um ID fixo específico.” O conceito é baseado no que é conhecido como funções fisicamente não clonáveis, ou PUFs.
Para os códigos exclusivos baseados em seda, diz Marelli, “acabamos encontrando uma maneira de adicionar uma cor a essas micropartículas para que elas se agrupem em estruturas aleatórias”. Os padrões únicos resultantes podem ser lidos não apenas por um espectrógrafo ou um microscópio portátil, mas também por uma câmera de celular comum com uma lente macro. Essa imagem pode ser processada localmente para gerar o código PUF, depois enviada para a nuvem e comparada com um banco de dados seguro para garantir a autenticidade do produto. “É aleatório para que as pessoas não possam replicá-lo facilmente”, diz Sun. “As pessoas não podem prever sem medir.”
E o número de permutações possíveis que podem resultar da maneira como eles misturam quatro tipos básicos de nanopartículas de seda coloridas é astronômico. “Conseguimos mostrar que, com uma quantidade mínima de seda, conseguimos gerar 128 bits aleatórios de segurança”, diz Maji. “Portanto, isso dá origem a 2 elevado a 128 combinações possíveis, o que é extremamente difícil de decifrar, dadas as capacidades computacionais dos sistemas de computação de última geração”.
Marelli diz que “para nós, é um bom campo de teste para pensar fora da caixa e como podemos ter um caminho que de alguma forma seja mais democrático”. Nesse caso, isso significa “algo que você pode literalmente ler com seu telefone e pode fabricar simplesmente lançando uma solução, sem usar nenhuma técnica de fabricação avançada, sem entrar em uma sala limpa”.
Algum trabalho adicional será necessário para tornar este produto comercial prático, diz Chandrakasan. “Terá que haver um desenvolvimento para a leitura em escala” via smartphones. "Então. isso é claramente uma oportunidade futura.” Mas o princípio mostra um caminho claro para o dia em que “um agricultor poderia, pelo menos, talvez não todas as sementes, mas talvez pudesse pegar algumas sementes aleatórias em um determinado lote e verificá-las”, diz ele.
Embora seja necessário mais desenvolvimento para tornar o sistema de marcação baseado em seda um produto comercial prático, os pesquisadores vislumbram um futuro em que os agricultores possam verificar aleatoriamente as sementes em um determinado lote usando seus smartphones. Esta inovação pode reduzir significativamente a prevalência de sementes falsificadas e melhorar o rendimento das colheitas para os agricultores em toda a África e além.
LEIA O ARTIGO
Sun, H., Maji, S., Chandrakasan, AP e Marelli, B. (2023) “Integrando o design de biopolímeros com funções físicas não clonáveis para antifalsificação e rastreabilidade de produtos na agricultura" Os avanços da ciência, 9(12). Disponível em: https://doi.org/10.1126/sciadv.adf1978.
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