Augmented Reality: Unsichtbare QR-Codes machen Objekte zu Umgebungs-Controllern

Strich- und QR-Codes oder gar komplexere ArUco-Marker sind praktisch, aber nicht immer schön anzuschauen. Eine elegantere und für das menschliche Auge völlig unsichtbare Variante der codierten Datenlinks haben nun Forscher um Mustafa Doğa Doğan vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge entwickelt. Ihre Codes werden dabei im infraroten Spektralbereich von günstigen und IR-tauglichen Kameramodulen ausgelesen. Kombiniert mit 3D-Druckverfahren bannten die Entwickler ihre Codes auf nahezu beliebige Objekte von einer simplen Plastikscheibe bis zum Kaffeebecher.

Doğan schlägt vor, diese Technologie breit anzuwenden – von Bauteilen in einer digitalisierten Fabrik bis zum Museum. "So könnten wir uns auch schneller und verlässlicher schlicht beim Schlendern durch ein Geschäft oder eine Bibliothek informieren", sagt der IT-Forscher. Zwar haben bereits andere Gruppen unsichtbare Codes – teils mit Infrarot-, teils mit Terahertz-Wellen – entwickelt. Doch alle diese benötigten entweder kostspielige Sensoren oder reagierten mit wenigen Minuten schlicht zu langsam.

Von diesen früheren Ansätzen ließ sich Doğan für die technische Umsetzung der IR-Codes inspirieren. Mit einem 3D-Drucker fertigte er Objekte wie etwa eine Kaffeetasse, bei der die äußere Schicht aus einem Polymilchsäure-Kunststoff (PLA – polylactid acid) bestand. Dieses Material war bei Schichtdicken von zwei Millimetern undurchsichtig für den sichtbaren Spektralbereich, wies jedoch im nahen Infraroten eine Transparenz von bis zu 45 Prozent auf. Unter dieser PLA-Schicht ließen die Forscher bei dem 3D-Druck kleine Hohlräume frei. Diese zeigten für das einfallende IR-Licht ein deutlich anderes Reflexionsverhalten als das umgebende Material. So konnte durch die Anordnung der Holhräume eine beliebige QR-Code-Struktur in das gedruckte Objekt gebannt werden.

Mit günstigen Kamera-Modulen, die neben den sichtbaren Spektralbereich auch Infrarotwellen zwischen 800 und 1000 Nanometer Wellenlänge detektieren, erreichte Doğan eine kurze Detektionszeit der unsichtbaren IR-Codes von einigen Millisekunden. Auch wenn Wärmestrahlung im Alltag permanent präsent ist, ließ sich das Auslesen der IR-Codes dank einer zusätzlichen Beleuchtung mit zwei IR-Leuchtdioden (940 nm) bis auf eine Entfernung von bis zu zweieinhalb Metern deutlich steigern.

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Um die Schnelligkeit des Auslesens zu demonstrieren, verwandelte Doğan mit zwei IR-Codes eine Plastikscheibe in einen Controller für ein einfaches Autorennen-Videospiel: Ein simples Drehen der Scheibe vor der IR-Kamera reichte aus, damit der Code für "rechts" oder "links" schnell zum Steuern des virtuellen Autos erkannt wurde. Sinnvollere Anwendungen liegen jedoch in unsichtbaren IR-Codes in Fabriken, Supermärkten oder auch scanbaren, für das menschliche Auge unsichtbaren Hinweisschildern in Museen oder an touristischen Sehenswürdigkeiten.

(jle)