De minuscules accéléromètres créés dans le laboratoire de détection intelligente du professeur SFU Behraad Bahrenyi sont capables de capturer les activités sismiques les plus sensibles. Crédit :Université Simon Fraser
Quelques secondes d'avertissement pourraient-elles suffire à atténuer la dévastation d'un tremblement de terre imminent ? De minuscules capteurs en cours de développement dans un laboratoire de l'Université Simon Fraser pourraient aider à donner une alerte préventive, suffisant pour sécuriser les infrastructures critiques, comme des ponts ou des lignes électriques, et potentiellement sauver des vies.
Des chercheurs du laboratoire de détection intelligente du professeur Behraad Bahreyni sur le campus de Surrey de SFU créent des accéléromètres ultra-sensibles, de minuscules microsystèmes (moins de 1 cm 2 ) capables de capter les activités sismiques les plus sensibles.
"Quand un tremblement de terre se produit, son son, sous forme d'ondes de pression sismiques, se déplace plus vite que les mouvements terrestres destructeurs, " explique Bahrenyi. " La sensibilité de ces appareils est telle qu'ils peuvent capter les ondes de pression produites par un tremblement de terre avant qu'il ne frappe. Cela pourrait avoir un impact sur l'issue d'une telle catastrophe."
Bahrenyi dit que le coût élevé des capteurs sismiques existants limite leur application à très peu d'endroits, attachés aux principaux éléments d'infrastructure. "Quelques secondes à quelques minutes d'avertissement au public pourraient réduire considérablement l'impact négatif d'un tremblement de terre, à la fois en termes de sauvetage de vies et de protection des infrastructures. »
Le laboratoire de Bahreyni a commencé à développer ses accéléromètres comme une solution pour rendre les systèmes de sonar sous-marins plus compacts et plus économiques. Les chercheurs ont collaboré avec Ultra Electronics Maritimes Systems, basé à Halifax, qui a fourni des fonds pour développer des systèmes de sonar pour la détection des menaces sous-marines avec des capacités de défense et de sécurité améliorées.
« Nous avons cherché à développer moins cher, des produits plus compacts qui répondraient à des exigences de performances strictes et qui pourraient également déterminer la direction ainsi que l'amplitude des ondes sonores, " dit Bahreyni, professeur agrégé à l'École d'ingénierie des systèmes mécatroniques (MSE) de SFU. Au cours des deux dernières décennies, il a développé des capteurs et des systèmes de détection pour les universités et l'industrie.
Bahreyni s'est vite rendu compte que la haute performance, les accéléromètres micro-usinés testés et développés dans son laboratoire pourraient avoir des applications supplémentaires dans la détection des ondes sonores. Cela s'applique aux signaux de pression sismiques à basse fréquence des tremblements de terre, ou des modèles de vibration à haute fréquence le long des pipelines, causés par des bruits infimes provenant de fuites de gaz.
La recherche a conduit à une start-up, axSense Technologies, qui a reçu le prix BC Tech Association dans le cadre du concours technologique New Ventures 2017 du BC Innovation Council.
Comment ça fonctionne
Les appareils fabriqués par le groupe de Bahreyni mesurent le déplacement d'une minuscule "masse sismique" en silicium, en raison des vibrations externes, à l'aide d'une électronique précise.
Les chiffres sont ahurissants :à sa limite le capteur mesure des déplacements de masse sismiques de l'ordre de 1/10, 000ème du diamètre d'un atome d'hydrogène.
Le capteur peut détecter le son d'une baleine appelant à une distance de 60 miles. Pour réaliser la masse sismique et le montage pour capter ses déplacements, le groupe utilise les installations de microfabrication avancées du 4D LABS de SFU.
Le professeur d'ingénierie des systèmes mécatroniques de la SFU Behradd Bahreyni (à droite) et le chercheur post-doctoral Soheil Azimi testent leurs minuscules accéléromètres. Crédit :Université Simon Fraser
Les accéléromètres de l'entreprise ont un niveau sonore 20 fois meilleur que ce qui est actuellement disponible, et une bande passante quatre fois meilleure que les produits actuels. Bahreyni est convaincu que les premières mesures de performance du genre attribuées à ces accéléromètres ont le potentiel de faire axSense, et ses diverses applications, un leader du marché.
Le laboratoire SFU est considéré comme le principal laboratoire de recherche au Canada axé sur les matériaux, dispositifs et systèmes pour diverses applications de détection. Bahreyni dit qu'atteindre des niveaux de performance aussi élevés a nécessité une conception de précision, et l'optimisation du processus et du système à tous les niveaux, des matériaux au traitement du signal.
« Nous avons dû développer de nouvelles méthodes, juste pour tester les appareils, " note-t-il. Les accéléromètres typiques mesurent jusqu'à la "gamme du milli-g." Bahreyni dit que c'est plus que suffisant pour les applications quotidiennes, c'est loin de ce qui est nécessaire pour capter correctement un signal sonore, notant que ses accéléromètres mesurent environ "mille fois" mieux que l'appareil moyen.
Il attribue à son équipe d'étudiants sa contribution mécanique solide, électronique, et des compétences de conception pour concevoir et tester des dispositifs. L'équipe du labo, qui comprend le chercheur post-doctoral Soheil Azimi et Fatemeh Edalatfar, travaille également à la création de solutions d'interface homme-robot, y compris des capteurs pour aider les robots à voir et à suivre les humains sans avoir besoin de caméras vidéo, nano-dispositifs pour la surveillance environnementale, et des techniques d'apprentissage automatique pour améliorer les signaux des capteurs.
Bahreïni, qui est l'auteur de plus de 100 publications techniques et possède cinq brevets, affirme que son laboratoire continue de faire avancer la recherche avec des partenaires de l'industrie automobile, secteurs de la défense et des télécommunications. Il compte commercialiser ses accéléromètres au cours des prochaines années.
