Des chercheurs sont parvenus à miniaturiser un capteur photo tout en conservant une qualité d’image comparable à des dispositifs 500.000 fois plus grands. Un véritable exploit technologique qui pourrait s’avérer utile dans de nombreux domaines, notamment en médecine.

Miniaturiser des capteurs photo représente un véritable challenge puisque cela implique de compenser le manque de lumière captée. Une tâche particulièrement complexe qui n’a pourtant pas empêché les chercheurs des universités de Princeton et de Washington de développer un capteur photo d’un demi-millimètre de large, soit l’équivalent d’un grain de sel, tout en proposant une qualité d’image impressionnante, digne d’objectif plusieurs centaines de milliers de fois plus grand.

Révolutionner la métaoptique

Ce type de caméra se distingue des systèmes d’imagerie traditionnels dont le fonctionnement impose une taille physique minimale aux capteurs qui les composent. Le nouveau dispositif se rapproche de la technologie métaoptique et repose sur une métasurface, un matériau composé de centaines de milliers de « nanoantennes », capables de capturer et de réémettre la lumière à l’échelle nanomètre.

Contrairement aux optiques conventionnelles qui réfractent, réfléchissent et polarisent la lumière lorsqu’elle les traverse, la métaoptique exploite en effet les interactions de la lumière et de la matière à l’échelle nanométrique pour contrôler le comportement de la lumière.

Chaque nanoantenne optique de la métasurface est configurée différemment, afin de capter et de traiter les longueurs d’onde de la lumière différemment. Après quoi, le capteur boosté à l’intelligente artificielle rassemble toutes ces informations pour constituer une seule image de bonne qualité.

Calibrer les centaines de milliers de nanoantennes a demandé un travail titanesque de la part des chercheurs. Ils ont dû mettre au point un modèle informatique pour les ajuster et optimiser automatiquement.

Le concept n’est pas nouveau, plusieurs caméras reposant sur cette technologie ont déjà été développées, mais ces dernières offraient une qualité d’image particulièrement basse. Pour pallier cela, les chercheurs ont intégré l’apprentissage automatique à la métaoptique pour créer une technologie baptisée « nano-optique neuronale ».

Des utilisations diverses et variées

Le plus petit capteur du monde est en mesure de reconstituer une image en couleur avec un champ de vision de 40 degrés, grâce à ses algorithmes d’apprentissage automatique. Selon les chercheurs, cela permet au dispositif de proposer des images de qualité similaire à celle offerte par des objectifs 500.000 fois plus grands.

Les chercheurs estiment que leur création pourrait être utile dans de nombreux domaines, notamment en médecine, mais aussi en robotique. Le capteur pourrait en effet être utilisé dans le cadre de l’imagerie médicale, notamment cérébrale. « Grâce à une conception conjointe du matériel de la caméra et du traitement informatique, le système pourrait permettre une endoscopie mini-invasive avec des robots médicaux pour diagnostiquer et traiter des maladies, et améliorer l’imagerie pour d’autres robots avec des contraintes de taille et de poids », s’enthousiasme l’Université de Princeton.