Voici votre tâche. Construisez un petit capteur qui détecte une signature de longueurs d'onde infrarouges (IR) caractéristiques d'un tuyau d'échappement chaud, un feu de bois, ou peut-être même un être humain. Concevoir le capteur de manière à ce qu'il puisse rester en veille et sans surveillance mais toujours en alerte, même pendant des années, sans utiliser la batterie. Et construire le capteur pour que l'acte de détection lui-même puisse déclencher l'émission d'un signal qui alerte les combattants, sapeurs pompiers, ou d'autres qu'un "signal d'intérêt" a été détecté. C'est juste le genre d'intelligence, reconnaissance, et la technologie de surveillance (ISR) qui peut accroître la connaissance de la situation tout en minimisant le besoin de missions de maintenance potentiellement dangereuses pour remplacer les batteries déchargées.

En ligne aujourd'hui dans le journal Nature Nanotechnologie , une équipe de recherche à l'Université Northeastern, dirigé par Matteo Rinaldi, professeur agrégé en génie électrique et informatique, rapporte avoir réussi cette grande commande du programme Near Zero Power RF and Sensor Operation (N-ZERO) de la DARPA avec un appareil que l'équipe de Boston appelle un "photocommutateur micromécanique amélioré plasmoniquement".

"Ce qui est vraiment intéressant à propos de la technologie des capteurs infrarouges du Nord-Est, c'est que, contrairement aux capteurs conventionnels, il ne consomme aucune alimentation en veille lorsque les longueurs d'onde IR à détecter ne sont pas présentes, " a déclaré Troy Olsson, directeur du programme N-ZERO au bureau de la technologie des microsystèmes de la DARPA. "Lorsque ces longueurs d'onde IR sont présentes et affectent le capteur IR de l'équipe du Nord-Est, l'énergie de la source IR chauffe les éléments sensibles qui, à son tour, provoque le mouvement physique des composants clés du capteur. Ces mouvements entraînent la fermeture mécanique d'éléments de circuit autrement ouverts, conduisant ainsi à des signaux indiquant que la signature infrarouge cible a été détectée."

Le capteur est une vitrine de la physique et de l'ingénierie intelligentes, comprenant une grille de patchs nanométriques dont les dimensions spécifiques les limitent à absorber uniquement des longueurs d'onde IR particulières. "Les excitations basées sur les charges, appelés plasmons (que l'on peut considérer un peu comme des ondulations à la surface de l'eau), sont très localisés sous les plaques nanométriques et piègent efficacement des longueurs d'onde de lumière spécifiques dans la structure ultra-mince, induisant un pic relativement important et rapide de sa température, " expliqua Rinaldi. Ces pics de température, à son tour, conduire à une séquence d'événements en amont qui aboutit à des déformations complétant le circuit d'autres parties du capteur.

"La technologie comprend plusieurs éléments de détection, chacun étant réglé pour absorber une longueur d'onde IR spécifique, " a noté Olsson. " Ensemble, ceux-ci se combinent en circuits logiques complexes capables d'analyser les spectres IR, ce qui ouvre la voie à ces capteurs non seulement pour détecter l'énergie IR dans l'environnement mais pour spécifier si cette énergie provient d'un incendie, véhicule, personne ou une autre source IR."

Considérez l'identification des véhicules à partir de leurs émissions IR. Les moteurs qui brûlent de l'essence ou des carburants diesel émettent des composés spécifiques dans leurs gaz d'échappement. Parmi ces composés se trouvent le CO2, CO, H2O, divers oxydes d'azote et de soufre (NOx et SOx, respectivement), et des hydrocarbures tels que le méthane. "Par conséquent, les spectres d'émission infrarouge des gaz d'échappement chauffés sortant des véhicules tels que les camions, les voitures ou les avions peuvent à eux seuls faire office de signature propre à un type de véhicule, " a expliqué Zhenyun Qian, qui a travaillé avec Rinaldi et d'autres membres de l'équipe de recherche sur le programme N-ZERO.

L'un des principaux objectifs du programme N-ZERO est de développer des technologies fondamentales qui ouvrent la voie à de nouveaux systèmes de capteurs plus performants pertinents pour la sécurité nationale. L'équipe NU souligne dans son Nature Nanotechnologie papier que la même technologie pourrait devenir importante au cours des prochaines années à mesure que l'Internet des objets s'étend pour inclure des centaines de milliards d'appareils, allant des voitures, aux appareils électroménagers, aux capteurs déployés à distance. « La capacité de consommer de l'énergie uniquement lorsque des informations utiles sont présentes se traduira par une durée de fonctionnement presque illimitée pour les capteurs sans surveillance déployés pour détecter des événements rares mais urgents, avec un impact révolutionnaire sur la prolifération de l'Internet des objets, ", prédisent les chercheurs du Nord-Est dans leur article.