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12 Juin, 2024

La vision à rayons X de Superman devient portable

La vision à rayons X de Superman devient portable

Une puce imageuse miniaturisée inspirée de la vision à rayons X de Superman permet de voir des objets à travers du carton.

Des chercheurs ont créé une minuscule puce capable de prendre des images d’objets à travers du carton. Cette technologie, conçue pour tenir dans un smartphone, nous rapproche un peu plus des capacités de vision aux rayons X de Superman (sans les rayons X).

Parmi les superpouvoirs de Superman figure la vision à rayons X, qui lui permet de voir à travers des objets solides. S’inspirant de Superman, des chercheurs de l’université du Texas à Dallas (UTD) et de l’université nationale de Séoul (SNU) ont rapproché la capacité de voir à l’intérieur des emballages et à travers les murs de la réalité en utilisant une puce imageuse suffisamment petite pour tenir dans un smartphone.

« Cette technologie est comparable à la vision à rayons X de Superman », a déclaré Kenneth O, professeur d’ingénierie électrique à l’UTD, directeur du Texas Analog Center of Excellence (TxACE) et l’un des coauteurs de l’étude. « Bien sûr, nous utilisons des signaux de 200 gigahertz à 400 gigahertz au lieu des rayons X, qui peuvent être nocifs. »

La technologie de la micropuce imageuse a fait l’objet d’une première démonstration en 2022, aboutissement de plus de 15 ans de travail de Kenneth O et de son équipe d’étudiants, de chercheurs et de collaborateurs. La puce émet un rayonnement dans la gamme des térahertz (THz), c’est-à-dire un rayonnement électromagnétique dans la gamme de fréquences comprise entre 0,1 THz (100 GHz) et 10 THz, avec des longueurs d’onde correspondantes allant de 3 mm à 0,03 mm. Ces ondes, invisibles à l’œil humain et considérées comme sûres, ont une fréquence supérieure à celle des ondes radio et des micro-ondes, mais inférieure à celle de la lumière infrarouge.

Avec le modèle 2022, Kenneth O a démontré que les faisceaux de 430 GHz produits par la micropuce traversaient le brouillard, la poussière et d’autres obstacles que la lumière optique ne peut pas pénétrer. Ils rebondissent sur les objets et sont renvoyés vers la micropuce, où les pixels captent le signal pour créer une image.

L’imageur ne s’appuie pas sur des lentilles externes, qui sont normalement utilisées pour améliorer la clarté et la netteté de l’image. Au lieu de cela, il a été fabriqué à l’aide de la technologie CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) utilisée pour fabriquer les processeurs d’ordinateurs grand public, les puces de mémoire et d’autres dispositifs numériques modernes.

La technologie CMOS s’est imposée comme un moyen abordable de générer et de détecter des signaux THz, en particulier à des fréquences de l’ordre de 200 GHz et plus, ce qui permet d’obtenir une résolution nettement meilleure. Les chercheurs ont donc entrepris d’améliorer la qualité d’image de leur modèle 2022 et de rendre la technologie suffisamment petite pour être intégrée dans un appareil portable. La nouvelle puce d’imagerie utilise un réseau de 1 x 3 pixels CMOS à 296 GHz et, une fois encore, n’a pas de lentille.

Walter Sosa Portillo (à gauche), étudiant en génie électrique, et le Dr Kenneth O (à droite) travaillent sur la puce imageuse destinée aux appareils mobiles de poche.

« Nous avons conçu la puce sans lentille ni optique afin qu’elle puisse être intégrée dans un appareil mobile », explique Wooyeol Choi, professeur adjoint au département de génie électrique et informatique de la SNU et auteur correspondant de l’article. « Les pixels, qui créent des images en détectant les signaux réfléchis par un objet cible, ont la forme d’un carré de 0,5 mm de côté, soit la taille d’un grain de sable.

La technologie a été testée et a permis d’obtenir des images d’objets (une clé USB, une lame, un circuit intégré et une rondelle en plastique) recouverts de carton à une distance d’environ un centimètre. Les chercheurs ont délibérément placé l’imageur à une distance aussi proche des objets pour des raisons de sécurité et de respect de la vie privée.

Il s’agissait essentiellement de dissiper les craintes qu’un voleur puisse utiliser l’appareil, par exemple, pour scanner à distance le contenu du sac d’une personne. Les chercheurs prévoient de rendre la prochaine version capable de capturer des images jusqu’à une distance de 12,7 cm.

« Il a fallu 15 ans de recherche pour améliorer la performance des pixels de 100 millions de fois, combinée à des techniques de traitement des signaux numériques, pour rendre possible cette démonstration d’imagerie », a déclaré Brian Ginsburg, directeur de la recherche sur les radiofréquences/ondes millimétriques et la haute vitesse au Kilby Labs de Texas Instruments (TI). « Cette technologie de rupture montre la capacité potentielle d’une véritable imagerie THz.« 

Les chercheurs envisagent d’utiliser leur imageur à micropuce logé dans un smartphone pour toutes sortes d’applications, depuis la détection des montants et des poutres en bois derrière les murs jusqu’à l’identification des fissures dans les canalisations et du contenu des enveloppes et des colis. Ils envisagent également des applications médicales.

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10381731?casa_token=Pj0grYSyg1IAAAAA:IpGtVxZqqTsEu9izC_0905Zb_r-jstX0IFv64scAJIiHJ5I0McPDLN2UJL4CSy30D2-ntefVCA

https://news.utdallas.edu/science-technology/superman-inspired-imager-chip-2024