En imitant l'oeil de la crevette mante, Des chercheurs de l'Illinois ont développé une caméra ultra-sensible capable de détecter à la fois la couleur et la polarisation. L'imageur bioinspiré peut potentiellement améliorer la détection précoce du cancer et contribuer à une nouvelle compréhension des phénomènes sous-marins, les chercheurs ont dit.

"Le règne animal regorge de créatures aux yeux bien plus sensibles et sophistiqués que les nôtres, " a déclaré Viktor Gruev , professeur de génie électrique et informatique à l'Université de l'Illinois et co-auteur de la nouvelle étude. « Ces animaux perçoivent des phénomènes naturels invisibles pour l'homme.

"La polarisation de la lumière - c'est-à-dire la direction d'oscillation de la lumière telle qu'elle se propage dans l'espace - en est un exemple. Alors que la plupart d'entre nous sont familiers avec les lunettes de soleil polarisées, qui suppriment simplement l'éblouissement, de nombreux animaux utilisent la vision polarisée comme canal de communication secret, trouver de la nourriture, ou même de naviguer en détectant des motifs de polarisation dans le ciel."

La crevette mante, considéré comme l'un des meilleurs chasseurs en eaux peu profondes, possède l'un des yeux les plus sophistiqués de la nature. Par rapport à la vision humaine, qui a trois types différents de récepteurs de couleur, la crevette mante possède 16 types différents de récepteurs de couleur et six canaux de polarisation, dit Gruev.

"Ces organes dépassent non seulement la sensibilité de nos propres systèmes visuels, ils capturent également plus d'informations visuelles, en utilisant moins d'énergie et d'espace, que les plus sophistiqués d'aujourd'hui, caméras à la pointe de la technologie, " il a dit.

Gruev et l'étudiante diplômée Missael Garcia ont mené un effort pour reproduire le système visuel de la crevette en utilisant certains concepts physiques de base.

Ils rapportent leurs découvertes dans le journal Optique .

"La nature a conçu des matériaux tels que différentes couleurs de lumière pénètrent à différentes profondeurs, " dit Gruev, qui dirige également le laboratoire de biocapteurs de l'Illinois. "Si nous faisons briller un laser bleu et un laser rouge sur le bout de notre doigt, on ne peut observer que la lumière rouge de l'autre côté du doigt. C'est parce que la lumière rouge peut pénétrer plus profondément dans les tissus."

"La nature a construit l'œil de la crevette mante de telle sorte que les éléments photosensibles soient empilés verticalement les uns sur les autres, " a déclaré Gruev. Cet empilement permet l'absorption de longueurs d'onde plus courtes, comme la lumière bleue, dans les photorécepteurs peu profonds et la lumière rouge dans les récepteurs plus profonds. Les photorécepteurs sont organisés "de manière périodique à l'échelle nanométrique qui leur permet également de "voir" les propriétés polarisées de la lumière, " il a dit.

"Les mêmes lois de la physique qui s'appliquent au système visuel de la mante s'appliquent également aux matériaux en silicium, le matériau utilisé pour construire nos appareils photo numériques », a déclaré Garcia. « En empilant plusieurs photodiodes les unes sur les autres dans du silicium, nous pouvons voir la couleur sans utiliser de filtres spéciaux. Et en combinant cette technologie avec des nanofils métalliques, nous avons effectivement reproduit la partie du système visuel de la crevette-mante qui lui permet de détecter à la fois la couleur et la polarisation."

Cette combinaison unique de photodétecteurs au silicium et de nanomatériaux a permis à l'équipe de recherche de l'Illinois de créer une caméra à polarisation couleur point-and-shoot. Les applications de ces caméras sont très variées, de la détection précoce du cancer à la surveillance des changements dans l'environnement au décodage des canaux de communication secrets que de nombreuses créatures sous-marines semblent exploiter, les chercheurs ont dit.

Dans une étude publiée précédemment par Gruev, un capteur de polarisation bioinspiré monté sur un coloscope pourrait détecter la nature désordonnée des cellules cancéreuses du côlon humain.

"En imitant le système visuel de la crevette mante, nous avons créé une caméra unique qui peut être utilisée pour améliorer la qualité de nos vies, " Gruev a déclaré. " La notion que nous pouvons détecter la formation précoce du cancer est ce qui fait avancer cette recherche. Le coût de cette technologie est inférieur à 100 $, qui permettra des soins de santé de qualité dans des endroits à ressources limitées à travers le monde. »