Dankzij terahertz-straling hoeven we in de toekomst een boek niet langer open te slaan om het te kunnen lezen.

Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een systeem ontwikkeld dat in de toekomst gesloten boeken kan lezen. Het systeem – een prototype – komt nu nog niet verder dan een boek van negen pagina’s, maar daar komt naar verwachting spoedig verandering in.

Verschillende materialen
Het systeem van de onderzoekers maakt gebruik van terahertz-straling. Deze vorm van straling heeft een voordeel ten opzichte van andere soorten straling die eveneens in staat zijn om oppervlakken te penetreren (denk aan röntgenstraling of geluidsgolven). Verschillende materialen absorberen terahertz-straling op verschillende manieren. Terahertz-straling kan dan ook gebruikt worden om onderscheid te maken tussen stoffen, zoals papier en inkt. Iets wat bijvoorbeeld röntgenstraling niet kan. Daarnaast kan de afstand die terahertz-straling heeft afgelegd heel nauwkeurig worden vastgesteld. En wel door te kijken hoeveel tijd er is verstreken tussen het moment waarop de straling werd uitgezonden en het moment waarop de gereflecteerde straling weer werd opgevangen.

Reflecties
De onderzoekers stapelden papiertjes met daarop letters op elkaar. Vervolgens vuurden ze er terahertz-straling op af. Op basis van de aankomsttijd van gereflecteerde straling kunnen de onderzoekers de afstand tot elke pagina in het stapeltje vaststellen. Hoewel de meeste straling geabsorbeerd of gereflecteerd wordt door het stapeltje papier, is er ook straling die tussen de pagina’s heen en weer kaatst om vervolgens weer door de onderzoekers te worden opgevangen. Met deze signalen kunnen de onderzoekers niets. Gelukkig zijn deze signalen gemakkelijk weg te filteren: ze zijn immers veel langer onderweg dan de ‘echte’ reflecties. Door te kijken naar de energie van echte reflecties kunnen de onderzoekers weer achterhalen welke chemische eigenschappen het materiaal dat deze straling reflecteerde, had. En dus onderscheid maken tussen inkt en papier.

Algoritmes
Om een gesloten boek te kunnen lezen, maakt het systeem gebruik van twee algoritmes. Het ene haalt beelden van individuele papiertjes in een stapel papier (en filtert dus ook de onechte signalen uit). Het andere interpreteert de vaak incomplete beelden en vertelt welke letters er op de papiertjes staan. “Het is eigenlijk heel eng,” stelt onderzoeker Barmak Heshmat over dat laatste algoritme. “Veel websites maken gebruik van captcha’s om er zeker van te zijn dat je geen robot bent en dit algoritme kan door veel van deze captcha’s heen komen.”

Negen pagina’s
Op het moment kan het systeem van de onderzoekers de afstand van de camera tot de bovenste twintig pagina’s van een stapeltje papier heel nauwkeurig vaststellen. Maar voorbij een diepte van negen pagina’s is de energie van een gereflecteerd signaal zo beperkt dat er geen onderscheid gemaakt kan worden tussen inkt en papier. In andere woorden: alleen de letters op de bovenste negen pagina’s van een gesloten boek kunnen worden achterhaald. Maar daar zal snel verandering in komen, zo verwachten de onderzoekers. De technologie is nog jong en er worden in rap tempo verbeterslagen gemaakt.

Een systeem dat gesloten boeken kan lezen. Is daar vraag naar? Zeker wel! “Het Metropolitan Museum in New York is hier zeer in geïnteresseerd, omdat zij bijvoorbeeld in oude boeken willen kijken zonder deze aan te raken,” vertelt Heshmat. Maar de technologie kan in principe voor nog veel meer doeleinden worden gebruikt. Elk materiaal dat uit laagjes bestaat kan met behulp van de technologie worden geanalyseerd.