东方时讯网在过去的三十年里，我们通过智能手机和计算机访问的数字世界变得如此丰富和细致，以至于我们的大部分物理世界在这个数字现实中都有相应的生命。今天，随着机器人、增强现实(AR)和可穿戴数字设备进入我们的物理世界，物理和数字现实正在稳步融合，物理物品在数字世界中获得了数字孪生计算机表示。
借助区块链等加密技术，这些数字双胞胎可以被唯一识别并防止被操纵。这些技术提供的信任非常强大，有助于打击假冒、提高供应链透明度并实现循环经济。然而，一个弱点是，没有像区块链一样值得信赖的通用且普遍适用的物理项目标识符。这打破了物理双胞胎和数字双胞胎之间的联系，因此限制了技术解决方案的潜力。
在发表于Light:Science&Applications的一篇新论文中，由卢森堡大学的JanLagerwall教授(物理学)和HolgerVoos(机器人学)和MathewSchwartz教授(建筑、来自美国新泽西理工学院的建筑环境)提出了一个创新的解决方案来解决这个问题，其中物理项目被赋予独特的和不可克隆的指纹，使用胆甾型球面反射器或简称CSRs实现。
Lagerwall解释说：“CSR的独特之处在于它们是选择性后向反射器，可将光以任何方向发送回光源，但仅限于窄波长带内且仅具有一种特定的圆偏振。窄波长带使我们能够制作通过定位近红外或近紫外区域的反射，人类无法检测到CSR，机器人和AR设备易于读取，但人眼不可见。”
“圆极化使我们能够从任何复杂的背景中仅分离出CSR信号，从而使使用CSR编写的任何信息都以非凡的对比度脱颖而出。”
正是通过在表面涂上以特定图案布置的CSR，该团队为物理对象赋予了“指纹”。由于机器人和AR设备可以非常清晰和可靠地读取指纹，如果CSR指纹对有关对象的信息进行编码，它们的操作就会变得更加可靠，从而使相关设备能够更好地了解周围环境。
指纹中CSR布局的理想模式是所谓的基准标记之一，正如Voos所解释的：“基准标记是方形的二进制模式，在外观上与QR码非常相似。黑白像素编码一个身份;例如，告诉机器读取图案这是一扇门、一辆车或一堵墙。并通过测量图案的大小以及由于与原始视角的视角而导致的变形程度正方形的形状，机器可以用非常少的计算量来确定带有图案的物品有多远以及它相对于机器的方向。”
传统的黑白基准标记在机器人技术和AR研究中很常见，但它们的大尺寸和高对比度的物理外观使其无法在大多数人类居住的空间中部署。它们还必须用可见光照明才能有用。由于这些原因，他们今天被归入研究实验室或禁区。
通过使用针对近红外或近紫外操作优化的CSR制作标记，它们在协助机器人和AR设备方面的能力变得无处不在，包括人们工作、娱乐或休息的空间，因为此类CSR标记对人类是不可见的，因此可以不要扰乱我们所体验的环境。
同时，CSR反射的圆极化在需要检测它们的机器的任何背景下突出CSR标记，消除了误报和检测困难的问题。
全向逆向反射是其有用性的关键，Schwartz指出“逆向反射器在动作捕捉工作中很常见，无论是用于跟踪人类还是机器人，因为无论研究对象如何移动，逆向反射器都会将光发送回相机，也发出光信号。但普通的后向反射器会发出所有的光，因此它们非常醒目;这就是为什么它们也用于路标和高能见度服装的原因。
“通过使用CSR制作基准标记，机器人或AR设备可以通过使用无害且无害的近红外或近紫外光照亮场景，在白天或夜间从任何角度跟踪其周围携带标记的物体。人类看不见，”施瓦茨继续说道。
使用CSR制作的标记的最后一个关键优势是，各个CSR的确切本地排列是不可预测的，并且很难复制，以至于每个CSR标记实际上都是不可克隆的。此外，在近距离观察CSR标记时，外观取决于人们如何照亮和观察它，这意味着某个标记在近距离观察时不会给出一个图案，而是实际上是无限系列的动态图案，对于每个标记来说都是独一无二的定义明确。
这将CSR标记转变为所谓的物理不可克隆功能或PUF，它们在验证物理对象方面非常强大。
这是CSR标记的最后一个关键优势，Lagerwall总结道，“CSR标记在多个尺度上工作：从远处看，它们可重复且可靠地给出我们选择的模式，特别是识别对象类别的基准标记模式带有标记图案。但是，当机器人或AR设备操纵物体时，它可以近距离调查标记，揭示各个CSR的位置，并检查它们如何反射向不同方向或不同区域发送的光，例如通过打开和关闭标准照明环中的单个LED。”
“与远场基准标记图案相比，由此产生的近场图案对于这个特定对象来说是独一无二的，因此也赋予了它的身份。这就是CSR标记允许机器人和AR设备安全地将物理世界与数字世界联系起来的方式双胞胎，因为它们不仅告诉机器他们正在处理什么样的物体，甚至告诉机器这是什么特定的物品。而且由于光学系统不在可见光谱范围内，我们人类不会注意到任何变化。”