Les chercheurs du MIT ont mis au point un système d'étiquetage révolutionnaire à base de soie pour lutter contre les semences contrefaites, un contributeur majeur aux faibles rendements des cultures en Afrique. Comme décrit dans la revue Science Advances, le système utilise de minuscules points de soie, chacun contenant une combinaison unique de signatures chimiques, pour fournir un code « non clonable » qui ne peut pas être répliqué.

Les semences contrefaites ont tourmenté les agriculteurs de nombreux pays africains, la Banque mondiale estimant que jusqu'à la moitié de toutes les semences vendues dans certaines régions sont fausses. Cela contribue à des rendements agricoles bien inférieurs au potentiel, entraînant des pertes importantes pour les agriculteurs.

Les tentatives précédentes pour empêcher la contrefaçon de semences à l'aide d'étiquettes de suivi ont échoué en raison de leur vulnérabilité au piratage. Cependant, le nouveau système d'étiquetage basé sur la soie tire parti du caractère aléatoire et de l'incertitude dans le processus de demande, rendant la réplication pratiquement impossible.

Le doyen de l'ingénierie du MIT, Anantha Chandrakasan, le professeur d'ingénierie civile et environnementale Benedetto Marelli, le postdoc Hui Sun, et étudiant diplomé Saurav Maji a collaboré au projet, combinant leur expertise dans les solutions de systèmes sécurisés et les systèmes de revêtement de soie.

Marelli explique que la clé du nouveau système est la création d'un objet physique produit de manière aléatoire dont la composition exacte est pratiquement impossible à reproduire. Les étiquettes qu'ils créent « tirent parti du caractère aléatoire et de l'incertitude dans le processus d'application, pour générer des caractéristiques de signature uniques qui peuvent être lues et qui ne peuvent pas être reproduites », dit-il. dans un communiqué de presse.

Ce à quoi ils ont affaire, ajoute Sun, « c'est le travail très ancien d'essayer, en gros, de ne pas se faire voler ses affaires. Et vous pouvez essayer autant que vous le pouvez, mais finalement quelqu'un est toujours assez intelligent pour comprendre comment le faire, donc rien n'est vraiment incassable. Mais l'idée est qu'il est presque impossible, voire impossible, de le reproduire, ou cela demande tellement d'efforts que cela n'en vaut plus la peine.

L'idée d'un code "inclonable" a été initialement développée pour protéger l'authenticité des puces informatiques, explique Chandrakasan, professeur Vannevar Bush de génie électrique et d'informatique. "Dans les circuits intégrés, les transistors individuels ont des propriétés légèrement différentes, appelées variations de l'appareil", explique-t-il, "et vous pouvez ensuite utiliser cette variabilité et combiner cette variabilité avec des circuits de niveau supérieur pour créer un identifiant unique pour l'appareil. Et une fois que vous l'avez, vous pouvez utiliser cet identifiant unique dans le cadre d'un protocole de sécurité. Quelque chose comme la variabilité des transistors est difficile à reproduire d'un appareil à l'autre, c'est donc ce qui lui donne son caractère unique, par rapport au stockage d'un ID fixe particulier. Le concept est basé sur ce que l'on appelle des fonctions physiquement non clonables, ou PUF.

Afin de réduire la contrefaçon de graines, les chercheurs du MIT ont développé une étiquette à base de soie qui, lorsqu'elle est appliquée aux graines, fournit un code unique qui ne peut pas être dupliqué. Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Anantha Chandrakasan, Benedetto Marelli, Hui Sun et Saurav Maji.

Pour les codes uniques à base de soie, dit Marelli, "nous avons finalement trouvé un moyen d'ajouter une couleur à ces microparticules afin qu'elles s'assemblent dans des structures aléatoires". Les motifs uniques qui en résultent peuvent être lus non seulement par un spectrographe ou un microscope portable, mais même par une caméra de téléphone portable ordinaire avec un objectif macro. Cette image peut être traitée localement pour générer le code PUF, puis envoyée dans le cloud et comparée à une base de données sécurisée pour garantir l'authenticité du produit. "C'est aléatoire, donc les gens ne peuvent pas facilement le reproduire", explique Sun. "Les gens ne peuvent pas le prédire sans le mesurer."

Et le nombre de permutations possibles qui pourraient résulter de la façon dont ils mélangent quatre types de base de nanoparticules de soie colorées est astronomique. "Nous avons pu montrer qu'avec une quantité minimale de soie, nous avons pu générer 128 bits de sécurité aléatoires", explique Maji. "Donc, cela donne lieu à 2 à la puissance 128 combinaisons possibles, ce qui est extrêmement difficile à déchiffrer étant donné les capacités de calcul des systèmes informatiques de pointe."

Marelli dit que "pour nous, c'est un bon banc d'essai pour penser hors des sentiers battus, et comment nous pouvons avoir un chemin qui est en quelque sorte plus démocratique". Dans ce cas, cela signifie "quelque chose que vous pouvez littéralement lire avec votre téléphone, et vous pouvez fabriquer en coulant simplement une solution, sans utiliser de technique de fabrication avancée, sans aller dans une salle blanche".

Des travaux supplémentaires seront nécessaires pour en faire un produit commercial pratique, dit Chandrakasan. "Il va falloir développer la lecture à grande échelle" via les smartphones. "Donc. c'est clairement une opportunité future. Mais le principe montre une voie claire vers le jour où "un agriculteur pourrait au moins, peut-être pas toutes les graines, mais pourrait peut-être prendre quelques graines au hasard dans un lot particulier et les vérifier", dit-il.

Alors que des développements supplémentaires sont nécessaires pour faire du système d'étiquetage à base de soie un produit commercial pratique, les chercheurs envisagent un avenir où les agriculteurs peuvent vérifier au hasard les semences d'un lot donné à l'aide de leurs smartphones. Cette innovation pourrait réduire considérablement la prévalence des semences contrefaites et améliorer les rendements des cultures pour les agriculteurs à travers l'Afrique et au-delà.

LIRE L'ARTICLE

Sun, H., Maji, S., Chandrakasan, AP et Marelli, B. (2023) "Intégration de la conception de biopolymères avec des fonctions physiques non clonables pour la lutte contre la contrefaçon et la traçabilité des produits dans l'agriculture, " Science Advances, 9(12). Disponible à: https://doi.org/10.1126/sciadv.adf1978.