Une équipe d'experts de l'Université de Barcelone et de la société Sensofar Tech ont conçu une technologie innovante pour obtenir des images tridimensionnelles d'un échantillon d'étude de manière rapide, précise et non invasive. Le travail a été publié dans Nature Communications .
Le nouveau système est capable de caractériser la topographie tridimensionnelle d'un objet avec une vitesse et une résolution spatiale qui dépassent les performances des systèmes technologiques actuels d'identification et de reconnaissance d'objets en trois dimensions.
Ce système constitue une nouveauté dans le domaine de la profilométrie optique, une technique couramment appliquée dans le contrôle qualité et l'inspection de pièces dans divers secteurs d'activité, depuis les composants imprimés en 3D jusqu'aux prothèses coronariennes (stents) ou l'identification de défauts ou de rugosités de surface.
La profilométrie optique est une discipline qui mesure le profil tridimensionnel des objets à l'aide de la lumière. "Il s'agit d'une méthodologie cruciale dans des domaines tels que le contrôle qualité des processus industriels ou, à l'échelle scientifique, dans la mesure des micro et nanostructures. Généralement, le profil d'un objet micrométrique est mesuré à l'aide d'un microscope, qui obtient un ensemble de des centaines d'images à différentes hauteurs et plans de l'objet", explique Martí Duocastella, professeur au Département de physique appliquée et membre de l'Institut de nanoscience et nanotechnologie (IN2UB) de l'UB.
"Il s'agit d'un processus qui consiste à numériser l'échantillon plan par plan, un processus intrinsèquement lent. Dans la nouvelle étude, nous présentons une innovation basée sur la réduction drastique du temps d'acquisition de cette collection d'images", a-t-il ajouté.
Le nouveau système est capable de fonctionner à l'échelle micrométrique sur des échantillons relativement grands et en temps réel (jusqu'à 60 topographies par seconde).
"Les systèmes technologiques actuels ne peuvent atteindre ces vitesses que sur des échantillons très fins ou de grande taille, mais avec une faible résolution spatiale", explique Duocastella. "Il est probable que notre système puisse avoir un impact plus important en raison de sa capacité à caractériser des processus dynamiques. Ainsi, grâce à notre technologie, le mouvement rapide d'un petit appareil doté d'un capteur de gaz peut être caractérisé en 3D, ce qui était impossible jusqu'à présent."
Pour mettre en œuvre la nouvelle technologie, « notre idée est d'interroger intelligemment l'échantillon, de la même manière que dans le jeu Who's Who. Jusqu'à présent, les profils sont acquis en demandant à chaque avion si nous avions des informations :« L'échantillon est-il dans l'avion ? 1 ?,' 'Est-ce dans le plan 2 ?', 'Dans le plan n ?' Chaque question impliquait la réalisation d'une image. Par contre, dans notre étude, nous montrons qu'il est possible d'interroger différents plans ensemble :« L'échantillon est-il entre le plan 1 et le plan 7 ? Le résultat est que nous avons obtenu une énorme réduction du nombre d'images :si avant nous avions besoin d'une centaine d'images, maintenant nous en avons assez avec huit", explique Duocastella.
La nouvelle technique nécessite un balayage rapide de l’échantillon et une synchronisation de lumière pulsée de différentes durées. Pour une numérisation rapide, une lentille liquide ultrarapide, développée par le professeur Duocastella de l'Université de Princeton, est utilisée, ce qui permet de numériser des milliers de fois par seconde. Pour la synchronisation, un réseau de portes programmables in situ (FPGA) a été utilisé pour générer le signal permettant d'impulsionner la lumière et de capturer l'image de la caméra.
L’une des phases les plus difficiles consistait à essayer d’atteindre des taux d’acquisition de données élevés. "Dans ce cas, le signal reçu de l'échantillon est plus faible et une plus grande précision dans les signaux est nécessaire. Cependant, grâce au travail du doctorant Narcís Vilar, nous avons pu surmonter ces obstacles et mettre en œuvre avec succès son nouveau technologie", déclare Duocastella.
L'étude fait partie du programme de doctorat industriel et une partie de son développement est basée sur le projet du Conseil européen de la recherche (ERC) dirigé par Martí Duocastella et géré par la Fondation Bosch i Gimpera (FBG).
L'idée principale de l'étude a été de concevoir un type particulier de profilomètre optique basé sur la projection de motifs lumineux.
"Nous travaillons actuellement sur sa mise en œuvre dans d'autres types de profilomètres, notamment les microscopes à interférence, à polarisation ou confocaux. Nous espérons qu'en interrogeant intelligemment l'échantillon, nous pourrons encore améliorer les systèmes actuels pour caractériser les échantillons 3D avec une précision et une rapidité sans précédent", conclut l'étude. équipe.
Plus d'informations : Narcís Vilar et al, Imagerie optique topographique rapide utilisant un balayage focal de recherche codé, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-46267-y
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université de Barcelone
