La nature est complexe – souvent trop complexe à voir pour les humains. Mais des lunettes à contrôle du strabisme qui permettent aux gens de voir des images thermiques en 3D et une caméra qui peut capturer le fonctionnement interne des réactions chimiques à grande vitesse aident à repousser les limites de la perception humaine.

Les sens humains ont déjà été fortement affinés par des millions d'années d'évolution. Nos yeux, par exemple, asseyez-vous sur le devant de nos visages, nous permettant de voir en trois dimensions, tandis que les cellules de notre rétine sont sensibles à différentes longueurs d'onde de la lumière, nous donnant une vision des couleurs.

Mais nos sens ont des limites. Une balle rapide, par exemple, voyage trop vite pour que l'œil humain puisse le voir.

"Il y a beaucoup de choses que nous avons du mal à percevoir avec les sens que nous avons, " a déclaré le professeur Albrecht Schmidt, informaticien à l'Université Ludwig Maximilian de Munich, Allemagne et leader d'un projet appelé AMPLIFY.

"Notre projet est axé sur la recherche de moyens d'étendre les sens traditionnels pour améliorer la perception humaine avec les technologies numériques."

Appareils photo, par exemple, peut capter la lumière au-delà du spectre visible et révéler des mouvements trop rapides pour l'œil humain.

"La question est de savoir comment les rendre intuitifs à utiliser, " a déclaré le professeur Schmidt. Beaucoup de gens se concentrent sur la création d'implants, il dit, mais le problème est qu'ils ne peuvent pas être enlevés.

"Si vous avez quelque chose d'intégré dans une paire de lunettes, que je porte sans m'en rendre compte la plupart du temps, nous ne pouvions amplifier les sens qu'en cas de besoin."

Prototype

le professeur Schmidt, avec des collègues de l'Université de Stuttgart, a construit un certain nombre de prototypes pour faire exactement cela.

L'un est une paire de lunettes qui déclenche une image thermique lorsque le porteur plisse les yeux. Une caméra intégrée au cadre produit des images en lumière visible, proche infrarouge et infrarouge lointain. Ceux-ci donnent au porteur la possibilité de voir des scènes visibles normales, mais aussi des images thermiques tridimensionnelles.

Des capteurs capables de détecter les faibles signaux électriques produits par les muscles sont également intégrés aux montures pour capter les mouvements associés au rétrécissement ou au plissement des yeux.

L'équipe a créé une version qui peut être intégrée aux casques portés par les pompiers, en leur donnant la possibilité de repérer des incendies cachés ou de trouver des personnes piégées à l'intérieur des bâtiments.

"C'est très différent d'utiliser une caméra thermique car il faut regarder activement ailleurs pour voir ce qui se passe, " a déclaré le professeur Schmidt. " De cette façon, vous pouvez changer votre façon de voir très facilement, même inconsciemment."

Il envisage un dispositif similaire qui pourrait être capable de zoomer sur une scène lointaine ou de ralentir l'action.

"Si je regarde par la fenêtre, je peux voir des arbres, mais je pourrais plisser les yeux pour zoomer et je verrais un oiseau sur une branche, " explique le professeur Schmidt. " Si l'oiseau s'envole, ma charge cognitive pourrait augmenter, qui pourrait être mesuré à partir de mon activité cérébrale, et cela dirait à la caméra de ralentir le mouvement.

« Ensuite, lorsque je regarde mon ordinateur devant moi, ça pourrait revenir à la normale. Tout cela se passe sans que j'aie à y penser beaucoup et c'est sur ce contrôle que nous nous sommes concentrés."

L'objectif global de l'équipe est d'essayer de créer des appareils qui peuvent être soit immédiatement intuitifs à utiliser, soit très rapidement devenus une seconde nature.

Un autre prototype est une paire de lunettes de natation qui aident le porteur à s'orienter pendant que sa tête est immergée sous l'eau. Les nageurs en eau libre en particulier peuvent avoir des difficultés à nager dans la bonne direction car le manque d'informations visuelles peut les désorienter.

Mais en équipant une paire de lunettes d'un accéléromètre et d'un magnétomètre, l'équipe a pu fournir des repères de navigation en utilisant des lumières LED dans la vision périphérique.

Ils ont également testé une autre paire de lunettes qui donne au porteur des yeux à l'arrière de la tête en utilisant des caméras pour donner une vue à 360 degrés. En affichant des images dans la vision périphérique, il permet au porteur de repérer les dangers potentiels, comme en traversant la route, et donc se tourner pour les regarder.

Mais même lorsqu'il est équipé de la dernière technologie de caméra, there are also some things that will escape our eyes. Chemical reactions, par exemple, happen in time scales that are too fast to capture with modern high-speed cameras – they can be over in just a couple of trillionths (a millionth of a millionth) of a second.

Dr. Maria Ana Cataluna, a physicist at the Institute of Photonics and Quantum Sciences at Heriot-Watt University, Edinburgh, UK, is leading a project aimed at overcoming this. The UPTIME project is attempting to build the fastest camera on the planet.

By exploiting new ultrafast lasers that send a flash of light lasting just between 10-100 femtoseconds (million billionths of a second) and sampling systems that can rapidly capture the photons reflected, they hope to be able to capture events that were previously impossible for us to see.

Capture

"If we can't visualise it, we can't further understand it, " said Dr. Cataluna. "This means that the inner machinery of irreversible process widely present in physics, biology and engineering remain, in essence, unobservable."

Among the events she hopes to be able to capture with the new camera are high speed biochemical reactions, to help reveal their inner workings. It could also allow scientists to capture phase changes, such as the ethereal moment when a liquid turns into a gas.

And it could also help better understand what happens to a material when it is transformed using laser-based manufacturing processes. This new knowledge could be used to help optimise the processes.

"A short burst of light lasting for only one microsecond enables a fast camera to capture a bullet in mid-flight, " explained Dr. Cataluna.

"In a timescale more than six orders of magnitude below this, optical pulses with sub-picosecond or femtosecond durations enable the capture of microscopic ultrafast phenomena. We want to be able to take snapshots of these."

While she is reluctant to say too much about how the technology would work until she has filed a patent for it, she is currently developing the core components that will be necessary to build the camera. She hopes, cependant, that the new ultrafast camera will become a reality within three years.

As new technology gives us the ability to perceive in ways that have never been possible before, Prof. Schmidt urges caution. He believes that once we have these devices, the digital and social divides will widen.

"We will get into a space where digital technology will create many more superpowers, and those who have it will have a great advantage.

"We will need to be careful to ensure those who cannot afford the technology are not left behind."