Les rendements moyens des cultures en Afrique sont systématiquement bien inférieurs aux attentes, et une raison importante est la prévalence de semences contrefaites dont les taux de germination sont bien inférieurs à ceux des semences authentiques. La Banque mondiale estime que jusqu’à la moitié de toutes les semences vendues dans certains pays africains sont fausses, ce qui pourrait contribuer à expliquer une creation agricole bien inférieure à son potentiel.
Il y a eu de nombreuses tentatives pour empêcher cette contrefaçon grâce à des étiquettes de suivi, mais aucune ne s’est avérée efficace entre autres problèmes, ces étiquettes ont été vulnérables au piratage en raison de la nature déterministe de leurs systèmes de codage. Mais maintenant, une équipe de chercheurs du MIT a mis au position une sorte de minuscule étiquette biodégradable qui peut être appliquée directement sur les graines elles-mêmes, et qui fournit un code one of a kind créé au hasard qui ne peut pas être dupliqué.
Le nouveau système, qui utilise de minuscules factors de matériau à foundation de soie, chacun contenant une combinaison one of a kind de différentes signatures chimiques, est décrit aujourd’hui dans la revue Science Advances dans un write-up du doyen de l’ingénierie du MIT, Anantha Chandrakasan, professeur de génie civil et environnemental Benedetto Marelli, le postdoc Hui Solar et l’étudiant diplômé Saurav Maji.
Le problème de la contrefaçon est énorme à l’échelle mondiale, soulignent les chercheurs, affectant tout, des médicaments aux produits de luxe, et de nombreux systèmes différents ont été développés pour tenter de lutter contre cela. Mais on a moins prêté notice au problème dans le domaine de l’agriculture, même si les conséquences peuvent être graves. En Afrique subsaharienne, par exemple, la Banque mondiale estime que les semences contrefaites sont un facteur crucial dans les rendements des cultures qui représentent en moyenne moins d’un cinquième du potentiel pour le maïs et moins d’un tiers pour le riz.
Marelli explique que la clé du nouveau système est la création d’un objet physique produit de manière aléatoire dont la composition exacte est pratiquement difficult à reproduire. Les étiquettes qu’ils créent « tirent parti du caractère aléatoire et de l’incertitude dans le processus d’application, pour générer des caractéristiques de signature uniques qui peuvent être lues et qui ne peuvent pas être reproduites », dit-il.
Ce à quoi ils ont affaire, ajoute Sunshine, “c’est le travail très ancien qui consiste à essayer, en gros, de ne pas se faire voler ses affaires. Et vous pouvez essayer autant que vous le pouvez, mais finalement quelqu’un est toujours assez smart pour comprendre comment faites-le, donc rien n’est vraiment incassable. Mais l’idée est qu’il est presque extremely hard, voire unachievable, de le reproduire, ou cela demande tellement d’efforts que cela n’en vaut as well as la peine.
L’équipe a décidé d’essayer d’appliquer ce principe PUF au problème des fausses graines, et l’utilisation de protéines de soie était un choix naturel car le matériau est non seulement inoffensif pour l’environnement mais également classé par la Food stuff and Drug Administration dans la catégorie “généralement reconnu comme sûr », il ne nécessite donc aucune approbation spéciale pour une utilisation sur les produits alimentaires.
“Vous pouvez l’enrober sur des graines”, dit Maji, “et si vous synthétisez la soie d’une certaine manière, elle aura également des variations aléatoires naturelles. C’est donc l’idée, que chaque graine ou chaque sac pourrait avoir une signature special. ”
Le développement de remedies de systèmes sécurisés efficaces est depuis longtemps l’une des spécialités de Chandrakasan, tandis que Marelli a passé de nombreuses années à développer des systèmes pour appliquer des revêtements en soie sur une variété de fruits, de légumes et de graines. Leur collaboration était donc naturelle pour développer un tel codage à base de soie. système vers une sécurité renforcée.
“Le défi était de savoir quel type de facteur de forme donner à la soie”, explique Solar, “afin qu’elle puisse être fabriquée très facilement”. Ils ont développé une approche straightforward de moulage en goutte qui produit des étiquettes de moins d’un dixième de pouce de diamètre. Le deuxième défi consistait à développer “une manière de lire l’unicité, également à très haut débit et de manière simple”.
Pour les codes uniques à base de soie, dit Marelli, “nous avons finalement trouvé un moyen d’ajouter une couleur à ces microparticules afin qu’elles s’assemblent dans des constructions aléatoires”. Les motifs uniques qui en résultent peuvent être lus non seulement par un spectrographe ou un microscope transportable, mais même par une caméra de téléphone transportable ordinaire avec un objectif macro. Cette impression peut être traitée localement pour générer le code PUF puis envoyée dans le cloud et comparée à une base de données sécurisée pour garantir l’authenticité du produit. “C’est aléatoire, de sorte que les gens ne peuvent pas facilement le reproduire”, explique Solar. “Les gens ne peuvent pas le prévoir sans le mesurer.”
Et le nombre de permutations possibles qui pourraient résulter de la façon dont ils mélangent quatre kinds de foundation de nanoparticules de soie colorées est astronomique. “Nous avons pu montrer qu’avec une quantité minimale de soie, nous avons pu générer 128 bits de sécurité aléatoires”, explique Maji. “Cela donne donc lieu à 2 à la puissance 128 combinaisons possibles, ce qui est extrêmement difficile à déchiffrer étant donné les capacités de calcul des systèmes informatiques de pointe.”
Marelli dit que “pour nous, c’est un bon banc d’essai pour sortir des sentiers battus, et remark nous pouvons avoir une voie qui soit en quelque sorte as well as démocratique”. Dans ce cas, cela signifie “quelque selected que vous pouvez littéralement lire avec votre téléphone, et vous pouvez fabriquer en coulant simplement une option, sans utiliser de strategy de fabrication avancée, sans aller dans une salle blanche”.
Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour en faire un produit professional pratique, dit Chandrakasan. “Il va falloir développer la lecture à grande échelle” through les smartphones. “Donc, c’est clairement une long run opportunité.” Mais le principe montre maintenant une voie claire vers le jour où “un agriculteur pourrait au moins, peut-être pas toutes les graines, mais pourrait peut-être prendre quelques graines au hasard dans un large amount particulier et les vérifier”, dit-il.
La recherche a été partiellement financée par l’Office of Naval Study des États-Unis et la National Science Basis, Analog Products Inc. une bourse EECS Mathworks et une chaire de développement de carrière Paul M. Cook.