Un capteur de caméra sphérique

Les appareils photo numériques d'aujourd'hui sont des appareils remarquables, mais même les appareils photo les plus avancés n'ont pas la simplicité et la qualité de l'œil humain. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont construit une caméra sphérique qui suit la forme et la fonction d'un œil humain en construisant un circuit sur une surface incurvée.

Les yeux l'ont : Cet appareil photo se compose d'un ensemble de photodétecteurs en forme d'hémisphère (carré blanc avec des points dorés) et d'un objectif unique au sommet d'un globe transparent. La forme incurvée de la matrice de photodétecteurs offre un large champ de vision et des images de haute qualité dans un boîtier compact.

Le capteur incurvé a des propriétés que l'on trouve dans les yeux, comme un large champ de vision, qui ne peuvent pas être produites dans des appareils photo numériques sans beaucoup de complexité, dit John Rogers , chercheur principal sur le projet. L'une des [caractéristiques de l'œil humain] les plus importantes est que la surface du détecteur de la rétine n'est pas plane comme la puce numérique d'un appareil photo, dit-il. La conséquence de cela est [que] l'optique est bien adaptée à la formation d'images de haute qualité même avec des éléments d'imagerie simples, tels que la lentille unique de la cornée.

Les appareils électroniques ont été, pour la plupart, construits sur des puces rigides et plates. Mais au cours de la dernière décennie, les ingénieurs sont allés au-delà des puces rigides et des circuits construits sur des feuilles pliables . Plus récemment, les chercheurs sont allés au-delà de la simple électronique pliable et ont placé des circuits en silicium de haute qualité sur des surfaces extensibles et caoutchouteuses. L'avantage d'un circuit extensible, dit Rogers, est qu'il peut se conformer sur des surfaces courbes, contrairement aux appareils pliables.

La clé de la caméra sphérique est un réseau de capteurs qui peut supporter une courbe d'environ 50 pour cent de sa forme d'origine sans se casser, ce qui lui permet d'être retiré de la plaquette rigide sur laquelle il a été fabriqué à l'origine et transféré sur une surface caoutchouteuse. Pour ce faire, il ne suffit pas de rendre le détecteur flexible, explique Rogers. Vous ne pouvez pas simplement envelopper une sphère avec une feuille de papier. Vous avez besoin d'une extensibilité pour effectuer une transformation géométrique.

Le réseau, qui consiste en une collection de minuscules carrés de photodétecteurs au silicium reliés par de minces rubans de polymère et de métal, est initialement fabriqué sur une plaquette de silicium. Il est ensuite retiré de la plaquette par un processus chimique et transféré sur un morceau de matériau caoutchouteux qui a été préalablement formé en forme d'hémisphère. Au moment du transfert, l'hémisphère en caoutchouc est étiré à plat. Une fois que le réseau a adhéré avec succès au caoutchouc, l'hémisphère est détendu dans sa forme incurvée naturelle.

Parce que les rubans qui relient les minuscules îlots de silicium sont si fins qu'ils peuvent se plier facilement sans se casser, explique Rogers. Si deux des carrés de silicium sont rapprochés l'un de l'autre, les rubans se déforment et forment un pont. Ils peuvent s'adapter aux contraintes sans induire d'étirement du silicium, dit-il.

Pour compléter la caméra, le réseau de capteurs est connecté à une carte de circuit imprimé qui se connecte à un ordinateur qui contrôle la caméra. Le réseau est coiffé d'un couvercle en forme de globe équipé d'une lentille. Dans cette configuration, le réseau de capteurs imite la rétine d'un œil humain tandis que la lentille imite la cornée.

Maille extensible : Les photodétecteurs carrés au silicium, reliés par de minces rubans de métal et de polymère, sont montés sur une surface en caoutchouc en forme d'hémisphère. L'ensemble du dispositif est capable de se conformer à n'importe quelle forme curviligne grâce à la flexibilité des rubans qui relient les îlots de silicium.

Cette technologie annonce l'avènement d'une nouvelle classe d'appareils d'imagerie avec des champs de vision grand angle, une faible distorsion et une taille compacte, selon Takao Someya , professeur d'ingénierie à l'Université de Tokyo, qui n'a pas participé à la recherche. Je crois que ce travail est une véritable percée dans le domaine de l'électronique extensible.

Rogers n'est pas le premier à utiliser le concept de maillage électronique extensible, mais ce travail se distingue en ce qu'il n'est pas contraint à s'étirer dans des directions limitées, comme d'autres maillages électroniques extensibles. Et surtout, il s'agit du premier maillage extensible à être implémenté dans une caméra à œil artificiel.

La résolution de la caméra est de 256 pixels. À l'heure actuelle, il est difficile d'améliorer la résolution en raison des limites des installations de fabrication de l'Université de l'Illinois, explique Rogers. À un certain niveau, c'est un peu frustrant parce que vous avez cet œil électronique soigné et tout est pixelisé, dit-il. Mais son équipe a contourné le problème en s'inspirant de la biologie. L'œil humain tergiverse d'un côté à l'autre, capturant constamment des fragments d'images ; le cerveau assemble les extraits pour former une image complète. De la même manière, l'équipe de Rogers exécute un programme informatique qui rend les images plus nettes en interpolant plusieurs images prises sous différents angles.

L'application la plus immédiate de ces caméras oculaires, dit Rogers, est très probablement avec l'armée. La conception simple et compacte pourrait être utilisée dans la technologie d'imagerie sur le terrain, suggère-t-il. Et tandis que le concept d'un œil électronique évoque des images d'implants oculaires, Rogers dit qu'à l'heure actuelle, il ne collabore pas avec d'autres chercheurs pour rendre ces dispositifs biocompatibles. Cependant, il n'exclut pas la possibilité à l'avenir.

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