在過去的三十年里，我們通過智能手機和電腦訪問的數字世界已經變得如此豐富和詳細，以至于我們的許多物理世界在這個數字現實中也有相應的生命。今天，隨著機器人、增強現實（AR）和可穿戴數字設備進入我們的物理世界，物理物品在數字世界中獲得了它們的數字孿生計算機代表，物理現實和數字現實正在穩步走向融合。

由于區塊鏈等加密技術的存在，這些數字孿生體可以被唯一地識別，并受到保護而不被操縱。這些技術提供的信任是非常強大的，有助于打擊假貨，提高供應鏈的透明度，并實現循環經濟。然而，一個弱點是，沒有一個通用的、普遍適用的實體物品的標識符，像區塊鏈一樣值得信賴。這打破了物理和數字雙胞胎之間的聯系，因此限制了技術解決方案的潛力。

在《Light: Science & Applications》雜志發表的一篇新論文中。科學與應用》上發表的一篇新論文中，由盧森堡大學的Jan Lagerwall教授（物理學）和Holger Voos教授（機器人學）以及美國新澤西理工學院的Mathew Schwartz教授（建筑、建筑環境建設）領導的一個跨學科科學家團隊提出了一個解決這個問題的創新方案，即利用膽固醇球面反射器（簡稱CSR）為實物物品提供獨特且不可克隆的指紋。

Lagerwall解釋說："CSR的獨特之處在于，它們是選擇性的反向反射器，可以將光從任何方向送回源頭，但只在一個狹窄的波長帶內，而且只有一個特定的圓形偏振。狹窄的波長帶使我們能夠通過在近紅外或近紫外區域定位反射，使CSR不被人類發現，機器人和AR設備很容易讀取，但人眼卻看不見。圓形極化使我們能夠從任何復雜的背景中只分離出CSR信號，使任何使用CSR書寫的信息以非凡的對比度脫穎而出。"

正是通過在表面涂上以特定模式鋪設的CSR，該團隊賦予了物理物體以 "指紋"。由于機器人和AR設備可以非常清晰和可靠地讀取指紋，如果CSR指紋能編碼有關物體的信息，它們的操作就會變得更加可靠，使有關設備對其周圍環境有更好的了解。

正如Voos所解釋的，CSR在指紋中布局的理想模式是所謂的靶標標記之一。靶標是方形的二進制圖案，在外觀上與二維碼相當相似。黑白像素的特殊排列編碼了一個身份；例如，告訴讀取該圖案的機器這是一扇門、一輛車或一堵墻。通過測量圖案有多大，以及它是如何因與原始正方形的觀察角度而變形的，機器可以--以極低的計算工作量--確定攜帶圖案的物品有多遠，以及它相對于機器的方向。

傳統的黑白靶標在機器人和AR研究中很常見，但它們的大尺寸和高對比度的物理外觀使得它們無法部署在大多數人類居住的空間。它們還必須在可見光的照射下才能發揮作用。由于這些原因，它們今天被歸入研究實驗室或限制區域。

通過使使用CSR的標記優化為近紅外或近紫外操作，它們在協助機器人和AR設備方面的力量變得無處不在，包括人們工作、玩耍或休息的空間，因為這種CSR標記對人類來說是看不見的，因此不會干擾我們所經歷的環境。

同時，CSR反射的圓形偏振對需要檢測它們的機器來說，在任何背景下都能突出CSR標記，消除了假陽性和檢測困難的問題。

全向反射性是其有用性的關鍵，Schwartz指出："逆反射器在運動捕捉工作中很常見，無論是跟蹤人類還是機器人，因為無論被研究對象如何移動，逆反射器都會將光送回相機，而相機也會發出光信號。但普通的反向反射器會把所有的光送回來，所以它們非常明顯；這就是為什么它們也被用于路標和高能見度的衣服。"

"通過使用CSR制作靶標，機器人或AR設備可以從任何角度，在白天或夜間，通過用對人類無害和不可見的近紅外或近紫外光照亮場景，追蹤其周圍攜帶標記的物體。"Schwartz繼續說道。

使用CSR制作的標記的最后一個關鍵優勢是，單個CSR的確切局部排列是不可預測的，而且很難復制，因此每個CSR標記實際上是不可克隆的。此外，在近距離調查CSR標記時，其外觀取決于人們如何照亮和觀察它，這意味著某個標記在近距離檢查時不會給出一個模式，而實際上是一系列無限的動態模式，對每個標記來說都是獨特的，但又是明確的。

這就把CSR標記變成了所謂的物理不可克隆函數，或稱PUF，它在驗證物理對象方面非常強大。

這是CSR標記的最后一個關鍵優勢，Lagerwall說："CSR標記在多種規模上發揮作用。從遠處看，它們可重復地、可靠地給出我們選擇的圖案，特別是識別哪一類物體攜帶標記圖案的靶標圖案。但是當機器人或AR設備操縱一個物體時，它可以近距離調查標記，揭示單個CSR的位置，并檢查它們如何反射從不同方向或不同區域發出的光，例如通過打開和關閉標準照明環中的單個LED。"

"與遠場靶標圖案相比，所產生的近場圖案對這個特定的物體來說是獨一無二的，從而也賦予其身份。這就是CSR標記如何讓機器人和AR設備安全地將物理世界與數字孿生體聯系起來，因為它們不僅告訴機器他們正在處理什么樣的物體，甚至還告訴機器這是哪個具體的物品。而且由于光學器件在可見光譜之外，我們人類不會注意到任何變化"。