Terahertz-Strahlung: MIT-Forscher lesen Bücher, ohne sie zu öffnen
"Don't judge a book by its cover" , besagt ein englisches Sprichwort. Gemeint ist damit, etwas oder jemanden nicht wegen des Aussehens vorschnell zu beurteilen. US-Forscher können jetzt den Inhalt eines Buches sehen, ohne es aufzuschlagen. Sie haben eine Technik entwickelt, um durch das Cover zu schauen.
Die Forscher des Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) durchleuchten das Buch mit Terahertz-Strahlung. Die Strahlung wird von winzigen Luftpolstern zwischen den Seiten reflektiert. Ein Sensor fängt die reflektierten Strahlen auf.
Die Seite wird rekonstruiert
Die MIT-Forscher um Barmak Heshmat haben Algorithmen entwickelt, die Bilder der einzelnen Seiten erzeugen. Ein Algorithmus von Justin Romberg und Alireza Aghasi vom Georgia Tech erkennt die Buchstaben. Die Forscher beschreiben ihre Entwicklung in der Fachzeitschrift Nature Communications(öffnet im neuen Fenster) .
Die Kamera sendet Pulse aus Terahertz-Strahlung in das Buch. Diese durchdringen das Papier und werden dabei von verschiedenen Materialien unterschiedlich absorbiert. So lässt sich zwischen Tinte und unbedrucktem Papier unterscheiden. Die Strahlen werden dann von nur etwa 20 Mikrometer dicken Luftblasen reflektiert, die sich zwischen den Seiten gesammelt haben.
Eine MIT-Spezialkamera erfasst die Ausbreitung von Licht
Die Kamera braucht eine hohe zeitliche Auflösung, damit sie unterscheiden kann, von welcher Seite ein Puls reflektiert wird. Dafür setzen die Forscher eine Spezialkamera ein, die ebenfalls am MIT Media Lab entwickelt wurde. Sie ist so schnell, dass sie die Ausbreitung von Licht in Zeitlupe abbilden kann.
Aus der reflektierten Strahlung wird ein Bild erzeugt. Der größte Anteil der Strahlung wird absorbiert oder reflektiert. Ein Teil wird aber gestreut und erzeugt so ein Störsignal. Hinzu kommt, dass auch der Sensor der Elektronik ein Hintergrundrauschen produziert. Diese Störungen herauszufiltern, ist Aufgabe des Algorithmus der MIT-Forscher.
Ein Algorithmus entziffert Buchstaben und Captchas
Im letzten Schritt wird der Inhalt rekonstruiert: Ein Algorithmus interpretiert die meist verzerrten oder unvollständigen Bilder als Buchstaben. Das gehe übrigens nicht nur bei Büchern, sagt Heshmat: Der Algorithmus könne auch viele der Captchas entschlüsseln , die auf Websites eingesetzt werden.
Die Technik ist in erster Linie dafür gedacht, alte Bücher und andere Dokumente zu entziffern, ohne sie dafür zu öffnen. Eine andere Anwendung könnte sein, dünne Beschichtungen etwa von Maschinenteilen zu untersuchen. "Das Metropolitan Museum in New York interessiert sich sehr dafür, weil sie dort beispielsweise in einige alte Bücher hineinschauen wollen, die sie nicht anfassen wollen" , sagt Heshmat(öffnet im neuen Fenster) .
Das System liest nur die ersten neun Seiten
Dafür muss die Technik allerdings noch weiterentwickelt werden: Derzeit kann das System 20 Seiten tief in ein Buch schauen, sprich: Der Algorithmus kann den Abstand der Kamera bis zur zwanzigsten Seite genau bestimmen. Allerdings lassen sich nur die ersten neun Seiten entziffern. Für weitere Seiten reicht das reflektierte Signal nicht aus.
Einstweilen müssen Bücher also noch aufgeschlagen werden, um sie in Gänze beurteilen zu können.