無法仿造？新型水凝膠可為物體賦予獨一無二的“不可克隆”身份

這種柔軟智能凝膠能將隨機聚合物網絡轉化為黑客與偽造者無法復制的安全標識。

當偽造的醫療植入物、假冒微芯片和克隆設備威脅生命、財產與安全時，如何證明實體物體的真實性成為重大挑戰。傳統數字加密技術能保護數據，卻無法驗證實體物品。即便是序列號、條形碼和全息圖，若制造細節泄露也同樣會被復制。

如今，科學家開發出一種創新方法，利用特殊凝膠打造獨一無二的物理防偽標識。其奧秘在于將柔性導電水凝膠的隱形結構轉化為可測量且不可復制的信號。

絕對安全的核心技術

研究團隊通過區域組裝交聯法（RAC），用兩種聚合物制備水凝膠：導電的聚吡咯（PPy）與攜帶離子、賦予柔性的聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）。在凝膠形成過程中，混合物暴露于電場下，促使兩種聚合物分離成微小區域，形成數千個電子與離子相互作用的結點。

每個結點的行為特性存在微觀差異，構成無法精確復制的復雜三維網絡。這些被稱為“離子-電子轉導結”的結構如同控制電荷的微觀閘門。當電脈沖穿過水凝膠時，其傳導路徑完全取決于凝膠獨特的微觀結構。即使重復發送相同電脈沖上千次，水凝膠仍能保持高度一致的響應。研究指出：“基于RAC水凝膠的加密設備可產生超過101?組挑戰-響應對，遠超強物理不可克隆密碼基元101?的標準要求?！?/p>

電壓的上升與衰減極為迅速：凝膠在13毫秒內可達峰值電壓的90%，49毫秒內回落至10%，展現高效電荷傳輸能力。該水凝膠的設計創造了巨大的挑戰空間 —— 對于8×8脈沖網格，可能的輸入模式達2??種（約百億億種），遠超早期物理不可克隆函數（PUFs），使攻擊者幾乎無法猜測或復制。

即使采用包括Transformer在內的先進機器學習算法，基于數千樣本預測凝膠響應也全部失敗。水凝膠非線性且不可預測的內部動力學特性有效阻斷了精準建模。

技術價值與未來前景

這一突破為安全認證開辟了新路徑。RAC水凝膠如同材料的物理指紋，兼具高復現性、海量挑戰能力與防復制特性。除保護微芯片和醫療植入物外，該技術還可應用于柔性電子器件、可穿戴傳感器及智能包裝。所使用的PPy、PSS和簡易溶劑成本低廉，制造僅需基礎電壓控制與激光圖案化技術，具備大規模生產可行性。

目前該技術仍處于早期階段。雖然水凝膠抗攻擊能力出色，但極端環境或長期磨損可能影響其性能，仍需開展跨行業實際場景測試。研究人員計劃探索將水凝膠直接嵌入產品、提升穩定性及擴大生產規模。未來，每個物體都可能攜帶與其分子結構融為一體的防偽標識，構筑深層信任機制。

該項研究成果已發表于《先進材料》期刊。

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