La « vision thermique » hallucinante des serpents incite les scientifiques à créer un système d’imagerie 4K qui pourrait un jour s’intégrer dans votre smartphone

Des scientifiques chinois ont développé un système d’imagerie artificielle unique en son genre, inspiré des serpents, capable de « voir » la chaleur émanant de leurs proies dans l’obscurité totale. Le capteur capture des images infrarouges (IR) à ultra haute résolution en résolution 4K (3 840 × 2 160 pixels), ce qui correspond à la qualité d’image de l’appareil photo de l’iPhone 17 Pro.

Tout objet dont la température est supérieure au zéro absolu (-460 degrés Fahrenheit ou -273 degrés Celsius) émet un rayonnement électromagnétique. Pour une chaleur corporelle normale, sa longueur d’onde se situe dans la plage IR. L’œil humain ne peut capter que des longueurs d’onde plus courtes situées dans la plage de la lumière visible.

Les serpents peuvent également voir la lumière visible, mais certaines espèces, comme vipères (Crotalines), possèdent également un organe spécial de détection de la chaleur juste à côté de leurs narines qui leur permet de visualiser un rayonnement IR de plus grande longueur d’onde.

On l’appelle un organe « à fosse » car il comprend une chambre creuse avec une fine membrane suspendue à travers elle. Lorsque les ondes IR chauffent des zones spécifiques de la membrane, une « image » thermique est envoyée au cerveau via les nerfs qui y sont attachés.

Des scientifiques de l’Institut de technologie de Pékin ont utilisé ce concept pour créer leur propre système de détection infrarouge. Ils ont empilé des couches de différents matériaux sur un disque de 8 pouces, à travers lequel le rayonnement passe jusqu’à ce qu’il se manifeste sous la forme d’une image de haute qualité visible à l’œil humain. Le système a été décrit dans une étude publiée le 20 août dans la revue Nature. Lumière : science et applications.

La première couche du système d’imagerie est une couche de détection infrarouge, formée de « points quantiques colloïdaux » — de minuscules nanoparticules constituées d’atomes de mercure et de tellure qui libèrent des charges électriques lorsqu’elles absorbent le rayonnement infrarouge. Les charges traversent ensuite plusieurs couches de réduction du bruit jusqu’à une couche de diodes électroluminescentes (DEL) organiques connue sous le nom de « convertisseur ascendant ».

Ici, les électrons rencontrent des « trous » (absences d’électrons) et libèrent de l’énergie, que les molécules phosphorescentes convertissent en lumière verte visible. Enfin, la lumière visible rencontre la couche « semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire » (CMOS) et est convertie en image.

Vision IR dans les futurs smartphones et caméras

Il s’agit du premier système capable de transformer l’IR à ondes courtes et moyennes (longueurs d’onde de 1,1 à 5 micromètres) en une image ultra haute résolution à température ambiante. Étant donné que le capteur CMOS se trouve directement au-dessus du convertisseur élévateur, les signaux IR les plus faibles sont capturés avant que le bruit ne puisse les étouffer. Dans d’autres systèmes, où le CMOS et le convertisseur élévateur sont séparés, un refroidissement cryogénique coûteux est nécessaire pour empêcher l’accumulation de bruit lorsque les signaux transitent entre eux.

Être capable de voir le rayonnement infrarouge étend efficacement de plus de 14 fois la gamme de longueurs d’onde visibles par les humains. Une caméra équipée de la technologie du capteur sera capable de détecter des objets chauds dans des conditions de faible luminosité, comme dans le brouillard, à travers la fumée ou la nuit.

« La vision artificielle étendue dans la gamme infrarouge pourrait fonctionner par tous les temps, de jour comme de nuit, quelles que soient les conditions météorologiques extrêmes, et être utile dans de nouveaux domaines tels que l’inspection industrielle, la sécurité alimentaire, la détection de gaz, la science agricole et la conduite autonome », ont écrit les chercheurs dans l’étude.

Ils ont ajouté que des dizaines de millions de pixels utilisant leur système « pourraient être obtenus à un coût extrêmement faible », ce qui rendrait la technologie plus réalisable pour les appareils photo et les smartphones grand public à l’avenir.

En effet, ces dispositifs utilisent déjà des capteurs CMOS silicium standards sur lesquels les couches pourraient être fixées.