Afrikában az átlagos terméshozamok rendszeresen jelentősen elmaradnak a várakozásoktól. Ennek egyik legfőbb oka a hamisított vetőmagok elterjedtségében keresendő, amelyek csírázási aránya jóval alacsonyabb, mint a valódi vetőmagoké. A Világbank becslései szerint az egyes afrikai országokban értékesített vetőmagok több mint fele hamisítvány, ami hozzájárulhat ahhoz, hogy a terméshozam messze elmarad a potenciálistól.
A hamisítás megakadályozására számos kísérlet történt nyomkövető címkékkel, de egyik sem bizonyult hatékonynak; az ilyen címkék egyéb problémák mellett a kódrendszerük determinisztikus jellege miatt sebezhetőek a hackerekkel szemben. Most azonban az MIT kutatócsoportja egy olyan apró, biológiailag lebomló címkével állt elő, amelyet közvetlenül magukra a vetőmagokra lehet felvinni, és amely egyedi, véletlenszerűen generált kódot ad, amit nem lehet lemásolni.
Az új rendszerről, amely selyemalapú anyagból készült miniatűr pöttyöket használ, amelyek mindegyike különböző kémiai jelek egyedi kombinációját tartalmazza, az MIT mérnök-dékánja, Anantha Chandrakasan, Benedetto Marelli építőmérnök és környezetmérnök professzor, Hui Sun doktorandusz és Saurav Maji végzős hallgató írt a Science Advances című folyóiratban megjelent tanulmányában.
A kutatók szerint a hamisítás globális szinten is óriási probléma, amely a gyógyszerektől kezdve a luxuscikkekig mindent érint, ezért számtalan módszert fejlesztettek már ki annak érdekében, hogy megpróbáljanak fellépni ellene. A mezőgazdaság területén azonban eddig kevesebb figyelmet fordítottak erre a kérdésre, pedig a lehetséges következmények súlyosak lehetnek. A Világbank becslései szerint például a Szaharától délre fekvő területeken a hamisított vetőmagok jelentős szerepet játszanak abban, hogy a terméshozamok átlagos értéke a kukorica esetében a potenciális termésmennyiség kevesebb mint egyötödét, a rizs esetében pedig kevesebb mint egyharmadát érik el.
Marelli kifejtette, hogy az új rendszer kulcsa egy olyan véletlenszerűen előállított fizikai termék létrehozása, amelynek a pontos összetételét gyakorlatilag lehetetlen lemásolni. Az általuk készített címkék a véletlenszerűséget és a felhordás folyamatában rejlő bizonytalanságot kihasználva egyedi, leolvasható aláírási jellegzetességeket hoznak létre, amelyeket nem lehet lemásolni.
Sun hozzátette:
Ez az egész folyamat tulajdonképpen egy ősrégi problémában gyökerezik, ami arra irányul, hogy mindenki képes legyen megvédeni a tulajdonát. Persze, az ember próbálkozhat, ameddig csak akar, de végül valaki mindig elég okos lesz ahhoz, hogy rájöjjön, hogyan lehet valamit ellopni, vagy esetünkben egy kódot feltörni, hiszen semmi sem feltörhetetlen. A lényeg mégis az, hogy olyan kódot hozzunk létre, amit ha nem is lehetetlen, de iszonyú nehéz lemásolni vagy feltörni, vagy olyan sok erőfeszítésbe kerül, hogy már nem éri meg vele foglalkozni.
A „feltörhetetlen” kód ötletét eredetileg a számítógépes chipek eredetiségének védelmére dolgozták ki – magyarázta Chandrakasan, a Vannevar Bush Villamosmérnöki és Számítástechnikai Tanszék professzora. – Az integrált áramkörökben az egyes tranzisztorok kissé eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, amit eszközvariációknak nevezünk, és ezt a variabilitást felhasználva és magasabb szintű áramkörökkel kombinálva egyedi azonosítót lehet létrehozni az eszköz számára. Ha pedig ez megvan, akkor ezt az egyedi azonosítót egy biztonsági protokoll részeként használhatjuk. Az olyan dolgokat, mint a tranzisztorok variabilitása, nehéz eszközről eszközre másolni, így ez adja az egyediséget, nem pedig egy adott fix azonosító kód tárolása. A koncepció alapját az úgynevezett fizikailag lezárhatatlan függvények (physically unclonable functions, PUF) képezik.
A csapat úgy döntött, hogy megpróbálja ezt a PUF-elvet alkalmazni a hamis vetőmagok problémájára, így a selyemproteinek használata magától értetődő választás volt, mivel az anyag nemcsak a környezetre nézve ártalmatlan, de az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal is az „általánosan biztonságosnak minősített” kategóriába sorolta, így nem igényel külön engedélyt az élelmiszeripari termékeken való felhasználáshoz.
Bevonhatjuk vele a magvak tetejét, és ha a selymet egy meghatározott módon szintetizáljuk, akkor természetes, véletlenszerű variációk is előfordulhatnak benne. Szóval ez az elképzelés, hogy minden magnak vagy minden zacskónak egyedi lenyomata lehetne
– mondta Maji.
Chandrakasan egyik specialitása már régóta a hatékony, biztonságot nyújtó rendszermegoldások kifejlesztése, míg Marelli hosszú éveket töltött olyan rendszerek kifejlesztésével, amelyekkel selyembevonatokat lehet felvinni különféle gyümölcsökre, zöldségekre és vetőmagokra, így együttműködésük magától értetődő volt ahhoz, hogy egy ilyen, selyemalapú kódolási rendszert fejlesszenek ki a fokozottabb védelem érdekében.
A kihívást az jelentette, hogy milyen formát adjunk a selyemnek, hogy nagyon könnyen gyártható legyen. Egy egyszerű cseppöntéses eljárást dolgoztunk ki, amely kevesebb mint egytized hüvelyk (2,54 mm) átmérőjű címkéket eredményez. A második kihívás az volt, hogy egy olyan eszközt hozzunk létre, amellyel le tudjuk olvasni az egyedi azonosítókat, méghozzá a lehető legegyszerűbb módon
– idézte fel Sun.
Marelli szerint az egyedi selyemalapú kódok esetében végül sikerült megtalálni a módját annak, hogy színt adjanak ezekhez a mikroszemcsékhez, hogy azok véletlenszerű struktúrákba álljanak össze. Az így kapott egyedi mintázatokat nemcsak spektrográffal vagy hordozható mikroszkóppal, hanem akár egy közönséges mobiltelefon kamerájával is ki lehet olvasni, egy makró objektívvel. Ezt a képet helyben fel lehet dolgozni a PUF-kód generálásához, majd a felhőbe küldve egy biztonságos adatbázissal összehasonlítva ellenőrizni lehet a termék eredetiségét.
Ez véletlenszerűen generálódik, így az emberek nem tudják könnyen lemásolni
– magyarázta Sun.
A négyféle színes selyem nanorészecske alaptípusának keverési módjából adódó lehetséges permutációk száma pedig csillagászati.
Meg tudtuk mutatni, hogy már egy minimális mennyiségű selyemmel is képesek voltunk 128 véletlenszerű bites biztonságú kódot generálni – mesélte Maji. – Ez tehát kétszer 128 lehetséges kombinációt eredményez, amit a legmodernebb számítástechnikai rendszerek képességeit tekintve is rendkívül nehéz feltörni.
Számunkra ez egy tökéletes tesztkörnyezet arra, hogy a „dobozon kívüli” termékekben tudjunk gondolkodni. Ez esetben ez azt jelenti, hogy valami olyasmit hoztunk létre, amit azonnal le lehet olvasni egy telefonnal, és amit egyébként egy speciális oldat cseppentésével tudunk előállítani anélkül, hogy bármilyen fejlett gyártási technikát alkalmaznánk, vagy steril szobába vonulnánk
– tette hozzá Marelli.
Chandrakasan szerint további munkálatokra lesz szükség ahhoz, hogy az innovációjuk egy praktikus kereskedelmi termékké váljon.
Az okostelefonokon keresztül történő, méretarányos leolvasáshoz ugyan még szükség lesz némi fejlesztésre, így azt mondhatjuk, hogy ez a technológia egyértelműen egy jövőbeli lehetőség. De a módszer alapelve már megvan, és világos utat mutat arra a napra, amikor egy gazda, ha nem is minden magot, de néhányat, véletlenszerűen kivehet egy adott szállítmányból és leellenőrizheti azokat.
Forrás: https://phys.org/news/2023-03-tackling-counterfeit-seeds-unclonable.html
