Le système infrarouge économique facilite la conduite de nuit

Les puces de vision infrarouge à ondes courtes peuvent voir à travers la pluie, le brouillard ou la brume. Les secteurs de la sécurité aérienne et des véhicules autonomes les ont déjà mis en œuvre dans leurs systèmes. Cependant, cette technologie pourrait s’avérer utile dans de nombreuses autres applications quotidiennes, mais les coûts élevés limitent son utilisation. Un groupe de chercheurs européens, du Politecnico di Milano, en Italie, et du Forschungszentrum Jülich (FZJ), en Allemagne, a conçu un détecteur infrarouge économique. Les puces d’appareil photo et les smartphones existants pourraient l’intégrer.

Plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs contenant du germanium et du germanium-étain constituent le dispositif, et la base est constituée d’une fine plaquette de silicium. En conséquence, il rend visible deux gammes infrarouges importantes : l’infrarouge à ondes courtes (SWIR) et le proche infrarouge (NIR). Ainsi, sans aucun élément optique, deux images spectrales différentes, toutes deux complémentaires, peuvent être obtenues à partir du même appareil.

Rendre la technologie infrarouge rentable afin qu’elle puisse être appliquée dans plusieurs domaines est l’un de leurs objectifs, déclare le professeur Giovanni Isella, du Politecnico di Milano. L’idée d’un détecteur est née du partenariat entre son université et l’université de Roma Tre. Les deux universités italiennes avaient auparavant conçu un autre prototype avec différents types de matériaux. Ensuite, FZJ s’est intéressé au projet et a rejoint la recherche, développant l’alliage semi-conducteur germanium-étain qui constitue l’appareil.

La culture du germanium

La chose la plus importante qu’ils aient développée à Jülich est l’épitaxie, comment faire pousser un matériau. Une fois que vous avez le matériel, vous pouvez réfléchir aux différents types d’appareils que vous aimeriez fabriquer, ajoute le Dr Dan Buca, du Forschungszentrum Jülich.

Voici une vidéo en anglais présentant la technologie utilisée actuellement :

L’institut de recherche allemand a d’abord réussi à faire pousser du germanium. C’est un bon matériau artificiel, mais personne n’a jamais été capable de le fabriquer auparavant avec la cristallinité nécessaire. En 2015, ils ont trouvé un moyen de fabriquer de l’étain au germanium avec une concentration suffisamment élevée en étain, explique le professeur Detlev Grützmacher, directeur de FZJ. Avec un substrat de silicium, le dispositif peut être facilement intégré dans des systèmes existants, ce qui le rend utile pour de nombreuses applications.

Reconnaissance des matériaux

Une des expériences réalisées par les chercheurs a consisté à tester le détecteur avec deux bouteilles. L’un était rempli d’isopropanol, tandis que l’autre contenait du toluène. Dans des conditions d’éclairage normales, elles semblent toutes les deux incolores, et vous pourriez donc penser qu’il s’agit de deux bouteilles d’eau. Lorsque vous les voyez sous les deux plages infrarouges, chacune d’elles affiche un niveau d’opacité différent. Si vous soustrayez les deux bandes infrarouges, vous verrez la différence entre les deux solvants, explique le Pr Isella.

L’intégration de l’appareil à l’IA pour détecter les matériaux est une autre application potentielle. La sécurité de l’aéroport en ferait partie. La connexion du détecteur à l’IA pourrait également conduire à de nouveaux systèmes de reconnaissance faciale.

L’un des avantages des systèmes de détection NIR est qu’ils ne sont pas affectés par les conditions météorologiques ou d’éclairage ambiant, ce qui offre une plus grande précision, explique le Dr Buca. Les systèmes de sécurité Smart Home seraient donc une autre application potentielle dans un avenir proche.