Une caméra oculaire, maintenant avec zoom

Le domaine en plein essor de l'électronique extensible promet de changer notre façon de penser aux gadgets. Les copeaux de silicium, une fois confinés à des formes plates et rigides, sortiront du moule planaire. Un exemple expérimental est une caméra, inspirée d'un globe oculaire, qui comporte un réseau incurvé de capteurs de lumière.

Oeil du spectateur: À l'intérieur de cette caméra expérimentale, un réseau de capteurs extensible se trouve sous une lentille liquide. L'eau est pompée dans les deux composants pour modifier le grossissement de l'image capturée par la caméra.

Désormais, un nouveau design donne un coup de pouce à cet appareil photo incurvé : la forme de l'objectif et de son capteur peut être modifiée de manière synchronisée, offrant un zoom 3,5x. Cela fournit un élément clé de la fonctionnalité manquante pour le concept de caméra d'origine, dit Jean Rogers , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois, Urbana-Champaign. Rogers a dirigé le développement de l'appareil. Le résultat est un système de caméra complet, avec un objectif et un détecteur réglables, capable de prendre des photos, dit-il. Rogers et ses coauteurs ont publié les détails des travaux lundi dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Une caméra avec des capteurs incurvés, analogue à la rétine incurvée de l'œil, présente certains avantages par rapport à une caméra avec un capteur plat. Son champ de vision est plus large, et globalement l'appareil peut être plus simple et plus compact. Les applications possibles incluent les caméras de surveillance, les téléphones, l'imagerie endoscopique ou même de minuscules caméras vidéo intégrées dans les casques de football, explique Yonggang Huang , coauteur et professeur d'ingénierie à la Northwestern University.

L'appareil photo est à peu près aussi large qu'un nickel et comporte deux parties principales, un objectif et un réseau de capteurs. La lentille est constituée d'une fine membrane tendue sur une vitre transparente. La forme de l'objectif, qui correspond à la distance focale de l'appareil photo, change lorsque l'espace entre le verre et la membrane se remplit d'eau.

Pour que la caméra produise des images de qualité, son réseau de capteurs doit s'adapter à l'objectif. Par conséquent, le détecteur se compose d'un réseau de 16 par 16 diodes ultra-minces au silicium, reliées par des fils minces. Le réseau, fabriqué à l'origine sur un substrat plat, repose sur une feuille extensible et est lié à une plaque avec une ouverture circulaire. Lorsque l'eau est pompée hors d'une chambre sous la plaque créant une pression négative, les capteurs extensibles sont tirés vers le bas, produisant une forme concave. La modulation de la pression de l'eau dans la lentille et sous les capteurs, permet de produire une variété de grossissements.

Les données collectées par le réseau de capteurs sont transférées vers un ordinateur, où elles sont utilisées pour créer une image. La caméra a un nombre relativement petit de pixels, le système utilise donc une astuce informatique pour augmenter la résolution. En prenant plusieurs photos à partir de positions légèrement différentes et en utilisant des algorithmes d'imagerie spéciaux, les chercheurs ont pu obtenir une résolution 100 fois supérieure. La même technique de base a été utilisée pour compenser les pixels endommagés.

Après des années de théorique la modélisation et amende - réglage la fabrication et transfert traiter , Rogers et ses collègues ont trouvé des moyens efficaces d'étirer le silicium en diverses formes pour diverses applications. L'approche consiste à connecter des îlots de silicium ultrafins à l'aide de fils à motifs précis sur une surface conformable. Lorsqu'une surface est étirée, les îlots de silicium sont épargnés car les fils leur permettent de se séparer et parce qu'ils sont eux-mêmes si fins.

Les matériaux organiques et imprimés peuvent également être utilisés pour fabriquer des composants électroniques extensibles, mais ils ne peuvent égaler le silicium en termes de vitesse. Les applications des circuits en silicium extensibles vont des capteurs électriques situés au sommet du cerveau aux cellules solaires portables. La startup de Rogers MC dix a récemment annoncé une collaboration avec Reebok pour intégrer l'électronique extensible dans les vêtements de sport afin de surveiller les performances d'une personne pendant l'entraînement ou la rééducation.

La nouvelle conception de l'appareil photo est une démonstration fantastique de la boîte à outils technologique que John Rogers et Yonggang Huang ont mis au point au fil des ans, déclare Heiko Jacobs , professeur de génie électrique et informatique à l'Université du Minnesota. Rogers et Huang sont capables d'intégrer des dispositifs hautes performances sur des substrats extensibles et incurvés tout en maintenant l'activité électrique, dit-il. Cela changera radicalement l'apparence des appareils et des systèmes qui peuvent prendre de nouvelles formes et formes qu'il aurait été impossible de construire il y a quelques années.

Cependant, la caméra oculaire zoomable n'en est encore qu'à ses débuts. L'hydraulique utilisée n'est peut-être pas la plus pratique pour la commercialisation, dit Huang. À l'avenir, dit-il, ce mécanisme pourra être remplacé par des micro-actionneurs ou d'autres stratégies de contrôle.

Huang ajoute que les futures versions seront plus petites et auront plus de pixels que la version actuelle. Ils peuvent même adopter un système de lentilles multiples qui ressemble à un œil d'insecte. Et pour la commercialisation, les chercheurs devront montrer que l'approche peut être adaptée à des matrices de photo-détecteurs capables de mégapixels. Nous pensons que c'est possible, dit Huang, avec des travaux d'ingénierie substantiels.

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