美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種納米級(jí)標(biāo)簽，利用制造過(guò)程固有的隨機(jī)性機(jī)電光譜簽名作為指紋。納米機(jī)電(NEMS)標(biāo)簽的超小尺寸和透明成分為物理篡改和克隆工作提供了實(shí)質(zhì)性的免疫力。NEMS通常可以將環(huán)境中的機(jī)械能和振動(dòng)能的形式轉(zhuǎn)化為電能，為超低功耗無(wú)線電子設(shè)備開(kāi)發(fā)可靠的電源。該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了自適應(yīng)算法，將光譜簽名數(shù)字化地轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制指紋。展示了NEMS在一系列產(chǎn)品和消費(fèi)品的安全識(shí)別和認(rèn)證方面的應(yīng)用潛力。

研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種通用的物理標(biāo)簽技術(shù)，包括快速反應(yīng)(QR)模式、通用產(chǎn)品代碼(UPC)和射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽。不過(guò)，這些技術(shù)都存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，科學(xué)家們最近開(kāi)發(fā)了納米級(jí)物理不可克隆功能(PUF)，以識(shí)別和認(rèn)證標(biāo)簽的實(shí)質(zhì)性限制。在這項(xiàng)研究中，Rassay等人提出了一種完全不同的方法，使用納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)來(lái)實(shí)現(xiàn)隱形物理標(biāo)簽。該構(gòu)建體保持了對(duì)篡改和克隆的實(shí)質(zhì)性免疫力，具有在一系列產(chǎn)品中的通用性。

NEMS標(biāo)簽顯示了由一大組高質(zhì)量因子(Q)共振峰組成的機(jī)電光譜特征。一般來(lái)說(shuō)，Q因子描述了振蕩器或諧振器的特性以及諧振器存儲(chǔ)能量的性質(zhì)，Q值越高，說(shuō)明振蕩分散得越慢，相對(duì)于諧振器的存儲(chǔ)能量，能量損失率越低。這些物理特性加上它們的超小尺寸和透明成分確保了NEMS標(biāo)簽對(duì)物理篡改和克隆的免疫力。這種高性價(jià)比的標(biāo)簽可以在背景噪聲和干擾較大的雜亂環(huán)境中使用。為了創(chuàng)建NEMS標(biāo)簽，Rassay等人在兩個(gè)金屬層之間夾了一層薄薄的壓電薄膜，并通過(guò)選擇透明材料形成分層來(lái)增強(qiáng)標(biāo)簽，然后在玻璃基板上實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽，評(píng)估其透明度。這些成分提供了一個(gè)大的機(jī)電耦合系數(shù)，允許用微乎其微的磁功率激發(fā)機(jī)械共振模式。該團(tuán)隊(duì)最終將NEMS標(biāo)簽圖案化，并使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察該產(chǎn)品，以突出其光學(xué)透明度。

在開(kāi)發(fā)NEMS標(biāo)簽的過(guò)程中，科學(xué)家們深入研究了機(jī)電光譜特征的特性，以方便識(shí)別。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了NEMS標(biāo)簽的橫向幾何形狀，以在一個(gè)小的頻率范圍(80-90 MHz)內(nèi)創(chuàng)建一大組高Q機(jī)械共振模式。基于共振模式對(duì)應(yīng)的峰值的不同特征，Rassay等人為NEMS標(biāo)簽分配了一個(gè)二進(jìn)制字符串。

材料分布的隨機(jī)性使他們能夠創(chuàng)造出視覺(jué)上相同的NEMS標(biāo)簽，這些標(biāo)簽具有獨(dú)特的數(shù)字指紋，這些指紋只反映在其光譜簽名中，因此幾乎不可能進(jìn)行反向工程。標(biāo)簽成分的隨機(jī)和內(nèi)在不確定性是可取的，因?yàn)樗峁┝藘蓚€(gè)不同的安全優(yōu)勢(shì);首先，它允許團(tuán)隊(duì)為每個(gè)批量制造的設(shè)備創(chuàng)建獨(dú)特的標(biāo)識(shí)符或指紋。其次，基于材料的內(nèi)在隨機(jī)性有利于在其制造過(guò)程中保護(hù)信息，從而防止假冒產(chǎn)品。翻譯程序包含了無(wú)線詢問(wèn)和數(shù)字翻譯部分，團(tuán)隊(duì)實(shí)施了一系列精心設(shè)計(jì)的步驟，以生成指定給每個(gè)NEMS標(biāo)簽的唯一二進(jìn)制字符串。

為了測(cè)量頻譜特征標(biāo)簽，Rassay等人采用了跨越80至90兆赫頻率跨度的近場(chǎng)無(wú)線問(wèn)詢。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們將智能字符識(shí)別(ICR)磁性近場(chǎng)微探針定位在線圈半徑為50微米的位置，通過(guò)磁耦合進(jìn)行無(wú)線問(wèn)詢。該團(tuán)隊(duì)將微探針定位在距離標(biāo)簽2毫米以下的垂直距離，連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀上，測(cè)量整個(gè)頻譜的反射響應(yīng)。然后，團(tuán)隊(duì)比較了他們從陣列中隨機(jī)挑選的四個(gè)NEMS標(biāo)簽的頻譜信號(hào)。例如，分配給光譜簽名指紋的31位字符串突出了秘密NEMS技術(shù)的熵。作為概念驗(yàn)證，該團(tuán)隊(duì)利用設(shè)備間漢明距離(比較兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)字符串的度量標(biāo)準(zhǔn))量化了十個(gè)設(shè)計(jì)相同的NEMS標(biāo)簽在不同溫度范圍下的熵，以衡量對(duì)應(yīng)光譜簽名的二進(jìn)制字符串的唯一性。

通過(guò)這種方式，Sushant Rassay及其同事展示了一種新的物理標(biāo)簽技術(shù)，以識(shí)別和鑒定秘密納米機(jī)電(NEMS)標(biāo)簽的機(jī)電光譜信號(hào)的使用。該超小型裝置提供了一種光學(xué)透明、視覺(jué)上無(wú)法檢測(cè)的間接信息存儲(chǔ)方法。他們?cè)O(shè)計(jì)了NEMS標(biāo)簽的光譜特征，使其具有大量的高Q機(jī)械共振峰。由于材料特性的內(nèi)在變化和制造工藝的外在變化，該團(tuán)隊(duì)獲得了NEMS標(biāo)簽的獨(dú)特指紋。科學(xué)家們還開(kāi)發(fā)了一種翻譯算法，為每個(gè)標(biāo)簽的光譜特征指定一個(gè)二進(jìn)制字符串。由此產(chǎn)生的大熵和NEMS標(biāo)簽的穩(wěn)健性突出了該技術(shù)在識(shí)別和鑒定產(chǎn)品方面的潛力。論文標(biāo)題為《Clandestine nanoelectromechanical tags for identification and authentication》。