Lås din telefon op med 3D-fingeraftryk

Forskere fra University of California, Davis har udviklet en sensor, som ikke alene scanner fingeraftrykket i dybden, men også registrerer blodårer og andre detaljer under huden.

Denne metode er langt sikrere end bare at se på overflademønsteret, som blandt andet Apples iPhone gør.

Det viser et nyt studie, som er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Applied Physics Letters.

Fingeraftryk som signatur er en gammel tradition

Fingeraftrykket har en lang historie. Der er fundet fingeraftryk på lertavler fra det gamle Babylon. Romere, kinesere og arabere fulgte trop i det efterfølgende århundrede. Fingeraftryk i ler, på silke og papir blev brugt som signaturer.

I 1700-tallet begyndte politi at bruge fingreaftryk til at identificere forbrydere. I 1892 blev det første mord opklaret, ved at blodige fingeraftryk afslørede gerningskvinden. Kvinden havde slået sine to sønner ihjel i Argentina.

Da Apple lancerede fingerscanningen på deres iPhone i 2013, fulgte de den gamle babylonske tradition. Hensigten var ikke at afsløre, men at identificere: Fingeraftrykket er din signatur. Den åbner telefonen for dig. Den giver analfabeter i fattige lande en stemme.

Krigene i Irak og Afghanistan indebar et tæt samarbejde med civile. Hvem var ven, og hvem var fjende? Svaret kunne findes ved elektronisk indsamling af fingeraftryk.

For os, der lever med velstand og højteknologi, er fingeraftryk simple at bruge. Farvel til pinkoder og passwords. Din krop er dit bedste personlige træk. Eller – er den?

Elektriske udledninger fra fingeren skaber mønster

Apples teknologi brugte den samme metode, som lader os swipe over skærmen. Der er et tyndt lag af elektrisk ledende materiale, opdelt i mange små områder. I hvert område er der en lille elektrisk ladning.

Vores hud leder også elektrisk strøm. Når man berører skærmen, udledes den delvist på det berørte område på skærmen. Skærmen registrerer, at du rører den i lige nøjagtig dette område.

Denne teknologi kan videre udnyttes til scanning af fingeraftryk. Huden er jo ikke helt jævn. Der vil være mindre udledning under områderne ved porerne i fingeren, end hvor rillerne i huden berører. På den måde kan du genskabe et elektronisk billede af fingeraftrykket.

Men metoden er ikke helt sikker. Sved og håndcreme kan dække porerne og gøre din iPhone usikker på, om det er dig. Derudover kan dit fingeraftryk blive forfalsket.

I september 2013 demonstrerede en gruppe tyske hackere, at de kunne snyde iPhones med et fotograferet fingeraftryk. Hackerne printede fotografiet med tyk blæk, overførte det tykke mønster til et gummiark og placerede det på skærmen.

Ekko fra dybet

Den nye ultralydssensor vil løse dette problem, mener forskerne fra University of California, Davis. Princippet er det samme som ved ultralyd af fostre og for den sags skyld ekkolod eller seismiske målinger af Jordens indre.

Du sender en trykbølge ned i et stof – med en ultralydssonde mod maven, med en sonar under en fiskerbåd eller med en dynamitladning ned i et hul i jorden.

Forskellige dele af stoffet leder lyden forskelligt. Derfor kommer der forskellige ekkoer tilbage på forskellige tidspunkter. Jo mere forsinket et ekko er, desto dybere kommer de.

Ekkoerne kan analyseres og danne et tredimensionelt billede – af barnet i moderens mave, af fiskestimer i havet eller af klippelag i jordskorpen.

Piezoelektriske krystaller

Den elektroniske chip til at aflæse fingeraftryk går ikke så dybt. Den går dog dybt nok til at gøre et bedre arbejde en skærmen på en iPhone.

Chippen består af to lag. Nederst er elektronikken, der opfanger og behandler data. Øverst er 192 bittesmå højtalere placeret i et 24 gange 8 rudemønster. Det er dog en overdrivelse at kalde dem højtalere – eller måske snarere en underdrivelse.

De små lydgeneratorer udsender nemlig vibrationer, der ligger langt over, hvad vi kan høre – 22 millioner svingninger i sekundet. Vibrationerne dannes i en bestemt type krystaller, der bevæger sig, når der opstår elektrisk spænding. De kaldes for piezoelektriske krystaller.

Disse ekstremt hurtige vibrationer forplanter sig ned gennem huden i fingerspidsen og videre ned i det underlæggende væv og sender ekko tilbage. De samme piezoelektriske krystaller virker så som mikrofoner og opfanger ekkoerne.

Ny teknologi kan registrere svedspor og blodårer

Håndcreme og sved er ikke længere noget problem. Håndcreme danner et ekko, der bare er en lille smule anderledes end huden, ligesom muskler giver et andet ekko end bindevæv i fosteret, eller fisk danner et andet ekko end havbunden i et ekkolod.

Mønsteret af fingeraftrykket kan derfor fortsat genkendes. Ultralyden trænger også ned under det yderste hudlag.

»Det viser sig, at du har det samme fingeraftryk i underhuden som i overhuden,« siger en af forskerne David Horsley til det amerikanske almennyttige TV-selskab PBS.

Dybere nede findes der også svedporer og blodårer og andre personlige kendetegn, som er meget svære at forfalske.

Kommer i mobiltelefoner til efteråret

De amerikanske forskere er ikke de eneste, der udvikler ultralyd til identificering af fingeraftryk. Den amerikanske elektronikproducent Qualcomm fremviste en lignende teknologi på Mobile World Congress i Barcelona i begyndelsen af marts 2015.

Ifølge Qualcomms hjemmeside skal sensoren Snapdragon Sense ID bruges i mobiltelefoner, der kommer på markedet i efteråret 2015.

Medlem af samme forskningscenter

Qualcomm er medlem af samme forskningscenter, som David Horsley arbejder på, Berkeley Sensor and Actuator Center.

I en mail til forskning.no skriver Horsley, at han ikke kan kommentere for meget på de specifikke forskelle mellem teknologierne, som han har været med til at udvikle og udarbejde ved Qualcomm.

Det fremgår af det materiale, han har sendt, at Qualcomms fingersensor bygger på teknologi fra et firma, de opkøbte i marts 2013, Ultra-Scan Corporation. Ultra-Scan har blandt andet udviklet sensorer til militært brug.

Forskellige teknologier

Det fremgår også af materialet, at Qualcomm og Ultra-Scans løsning bygger på tyndfilmtransistorer. Sådanne transistorer bruges oftest i skærme med flydende krystaller, det vil sige blandt andet i computerskærme og mobilskærme.

Horsley skriver, at deres løsning er anderledes.

Som figuren på billede 3 viser, bygger de sensoren på siliciumchips og med almindelige datakredse, af samme type som bruges i blandt andet mikroprocessorer i computere.

© forskning.no Oversat Anna Bestle