Investigadores del MIT han desarrollado un innovador sistema de etiquetado a base de seda para combatir las semillas falsificadas, uno de los principales contribuyentes a los bajos rendimientos de los cultivos en África. Como se describe en el diario. Science Advances, el sistema utiliza minúsculos puntos de seda, cada uno de los cuales contiene una combinación única de firmas químicas, para proporcionar un código "no clonable" que no se puede replicar.
Las semillas falsificadas han afectado a los agricultores en muchos países africanos, y el Banco Mundial estima que hasta la mitad de todas las semillas vendidas en algunas regiones son falsas. Esto contribuye a que los rendimientos de los cultivos estén muy por debajo de su potencial, lo que provoca pérdidas significativas para los agricultores.
Los intentos anteriores de evitar la falsificación de semillas utilizando etiquetas de seguimiento no han tenido éxito debido a su vulnerabilidad a la piratería. Sin embargo, el nuevo sistema de etiquetado basado en seda aprovecha la aleatoriedad y la incertidumbre en el proceso de aplicación, lo que hace que la replicación sea prácticamente imposible.
el decano de ingeniería del MIT, Anantha Chandrakasan, el profesor de ingeniería civil y ambiental Benedetto Marelli, el posdoctorado Hui Sun, y estudiante graduado Saurav Maji colaboró en el proyecto, combinando su experiencia en soluciones de sistemas seguros y sistemas de revestimiento de seda.
Marelli explica que una clave del nuevo sistema es crear un objeto físico producido aleatoriamente cuya composición exacta es prácticamente imposible de duplicar. Las etiquetas que crean “aprovechan la aleatoriedad y la incertidumbre en el proceso de aplicación para generar características de firma únicas que se pueden leer y que no se pueden replicar”, dice. en un comunicado de prensa.
Con lo que están lidiando, agrega Sun, “es el viejo trabajo de intentar, básicamente, que no te roben tus cosas. Y puedes intentar todo lo que puedas, pero eventualmente alguien siempre es lo suficientemente inteligente como para descubrir cómo hacerlo, por lo que nada es realmente irrompible. Pero la idea es que es casi imposible, si no imposible, replicarlo, o requiere tanto esfuerzo que ya no vale la pena”.
La idea de un código "no clonable" se desarrolló inicialmente para proteger la autenticidad de los chips de computadora, explica Chandrakasan, profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Vannevar Bush. “En los circuitos integrados, los transistores individuales tienen propiedades levemente diferentes a las variaciones del dispositivo acuñado”, explica, “y luego podría usar esa variabilidad y combinar esa variabilidad con circuitos de nivel superior para crear una identificación única para el dispositivo. Y una vez que tenga eso, puede usar esa identificación única como parte de un protocolo de seguridad. Algo así como la variabilidad del transistor es difícil de replicar de un dispositivo a otro, por lo que es lo que le da su singularidad, en lugar de almacenar una identificación fija particular”. El concepto se basa en lo que se conoce como funciones físicamente no clonables o PUF.
Para los códigos únicos a base de seda, dice Marelli, "finalmente encontramos una manera de agregar un color a estas micropartículas para que se ensamblen en estructuras aleatorias". Los patrones únicos resultantes pueden leerse no solo con un espectrógrafo o un microscopio portátil, sino incluso con la cámara de un teléfono celular común con una lente macro. Esta imagen puede procesarse localmente para generar el código PUF, luego enviarse a la nube y compararse con una base de datos segura para garantizar la autenticidad del producto. “Es aleatorio para que la gente no pueda replicarlo fácilmente”, dice Sun. “La gente no puede predecirlo sin medirlo”.
Y la cantidad de posibles permutaciones que podrían resultar de la forma en que mezclan cuatro tipos básicos de nanopartículas de seda de colores es astronómica. “Pudimos demostrar que con una cantidad mínima de seda, pudimos generar 128 bits aleatorios de seguridad”, dice Maji. "Así que esto da lugar a 2 a la potencia de 128 combinaciones posibles, que es extremadamente difícil de descifrar dadas las capacidades computacionales de los sistemas informáticos de última generación".
Marelli dice que “para nosotros, es un buen banco de pruebas para pensar fuera de la caja y cómo podemos tener un camino que de alguna manera sea más democrático”. En este caso, eso significa "algo que literalmente puede leer con su teléfono y puede fabricar simplemente lanzando una solución, sin utilizar ninguna técnica de fabricación avanzada, sin entrar en una sala limpia".
Se necesitará algo de trabajo adicional para hacer de este un producto comercial práctico, dice Chandrakasan. “Tendrá que haber un desarrollo para la lectura a escala” a través de teléfonos inteligentes. "Entonces. esa es claramente una oportunidad futura”. Pero el principio muestra un camino claro hacia el día en que "un agricultor podría al menos, tal vez no todas las semillas, pero tal vez podría tomar algunas semillas al azar en un lote en particular y verificarlas", dice.
Si bien se necesita un mayor desarrollo para hacer que el sistema de etiquetado basado en seda sea un producto comercial práctico, los investigadores prevén un futuro en el que los agricultores puedan verificar aleatoriamente las semillas en un lote determinado utilizando sus teléfonos inteligentes. Esta innovación podría reducir significativamente la prevalencia de semillas falsificadas y mejorar el rendimiento de los cultivos para los agricultores de África y más allá.
LEA EL ARTÍCULO:
Sun, H., Maji, S., Chandrakasan, AP y Marelli, B. (2023) “Integración del diseño de biopolímeros con funciones físicas no clonables para la lucha contra la falsificación y la trazabilidad de productos en la agricultura, " Science Advances, 9(12). Disponible en: https://doi.org/10.1126/sciadv.adf1978.
