Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont développé un capteur optique flexible révolutionnaire qui fonctionne même lorsqu’il est froissé. Utilisant des photodétecteurs à nanotubes de carbone et la technologie Bluetooth sans fil, ce capteur permet une analyse non invasive et est prometteur pour les progrès de l’imagerie, de la technologie portable et de la robotique douce. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont créé un capteur optique souple, pliable et sans fil utilisant des nanotubes de carbone et des transistors organiques sur un film polymère ultra-mince. Cette innovation est sur le point d’ouvrir de nouvelles possibilités dans les technologies d’imagerie et les techniques d’analyse non destructives.
Ces dernières années ont apporté des progrès remarquables dans la technologie de l’imagerie, allant des capteurs optiques à grande vitesse capables de capturer plus de deux millions d’images par seconde aux appareils photo compacts sans objectif capables de capturer des images avec un seul pixel.
Dans une étude récemment publiée dans Matériaux avancés, des chercheurs du SANKEN (Institut de recherche scientifique et industrielle) de l’Université d’Osaka ont développé un capteur optique sur une feuille ultra fine et flexible qui peut être pliée sans se casser. En fait, ce capteur est si flexible qu’il fonctionnera même après avoir été froissé en boule.
Dans un appareil photo, le capteur optique est l’appareil qui détecte la lumière qui traverse une lentille, semblable à la rétine à l’intérieur d’un œil humain.
Innovations dans la conception des capteurs
« Les capteurs optiques conventionnels sont construits à partir de matériaux inorganiques semi-conducteurs et les matériaux ferroélectriques », explique Rei Kawabata, auteur principal de l’étude. « Cela rend les capteurs rigides et incapables de se plier. Pour éviter ce problème, nous avons étudié une autre manière de détecter la lumière.
Au lieu des capteurs de lumière traditionnels, les chercheurs utilisent un ensemble de minuscules photodétecteurs à nanotubes de carbone imprimés sur un substrat polymère ultra fin (moins de 5 µm). Lorsqu’ils sont exposés à la lumière, les nanotubes de carbone s’échauffent, créant un gradient thermique qui génère alors un signal de tension. Le dopage des nanotubes avec des supports chimiques lors de l’impression augmente encore leur sensibilité. Grâce à ces nanotubes, la lumière visible ainsi que la lumière infrarouge comme celles liées à la chaleur ou aux molécules peuvent être mesurées.
Détection et imagerie de la lumière, de la chaleur et des molécules à l’aide de capteurs optiques en forme de feuille. Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), réimprimé avec la permission d’Advanced Materials. Crédit : 2024 Araki et al., Imageur sans fil ultraflexible intégré à des circuits organiques pour l’analyse thermique infrarouge à large bande, matériaux avancés
Intégration de la technologie sans fil
Outre les capteurs à nanotubes de carbone, des transistors organiques sont également imprimés sur le substrat polymère pour organiser les signaux de tension en un signal d’image. Pour lire ce signal, un ordinateur n’a pas besoin d’être physiquement connecté par des fils au capteur. Au lieu de cela, un module Bluetooth sans fil est utilisé.
« Avec ce système sans fil, notre imageur peut fixer des objets mous et incurvés pour analyser leurs surfaces ou leur intérieur sans les endommager », explique Teppei Araki, auteur principal de l’étude.
Capteur optique de type feuille intégré à un photodétecteur à nanotubes de carbone et à un transistor organique. Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), réimprimé avec la permission d’Advanced Materials. Crédit : 2024 Araki et al., Imageur sans fil ultraflexible intégré à des circuits organiques pour l’analyse thermique infrarouge à large bande, matériaux avancés
Les chercheurs ont construit un prototype de capteur optique en forme de feuille et testé sa capacité à détecter la chaleur d’objets tels que des doigts ou des fils humains, ainsi que le glucose circulant dans des tubes. Ils ont découvert que le capteur optique présentait une sensibilité élevée sur une large gamme de longueurs d’onde. De plus, à température ambiante et dans des conditions atmosphériques, des tests ont montré qu’il présente une grande résistance à la flexion et qu’il fonctionne même après avoir été froissé.
Les avantages uniques de ce système de mesure sans fil et de ce capteur optique en forme de feuille conduiront à de nouvelles façons plus simples d’effectuer de nombreuses tâches telles que l’évaluation de la qualité d’un liquide sans avoir besoin de l’échantillonner. Les chercheurs pensent que cette technologie est très prometteuse dans de nombreuses applications telles que l’imagerie non destructive, les appareils portables et la robotique logicielle.
L’étude a été financée par la Société japonaise pour la promotion de la science et l’Agence japonaise pour la science et la technologie.
