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Des micro-aéronefs instrumentés dispersés en chute libre maîtrisée pour scruter l'air ambiant

Xavier Boivinet
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Des micro-aéronefs instrumentés dispersés en chute libre maîtrisée pour scruter l'air ambiant

Des capteurs et des puces NFC peuvent équiper ces minuscules structures volantes.

© Northwestern University

Une équipe de recherche internationale a mis au point des structures volantes en trois dimensions de très petite taille pouvant être instrumentées pour mesurer la qualité de l'air. Leurs travaux ont été publiés le 22 septembre dans la revue Nature. I&T a interrogé l'un de ses auteurs.

Certaines idées germent à partir d'une graine. Celle d'érable est bien connue : elle se disperse en tournoyant tel un hélicoptère. Ce mouvement a inspiré une équipe de recherche internationale pour mettre au point des structures en trois dimensions de l'ordre du millimètre capables de se mouvoir passivement dans une chute libre maîtrisée. Instrumentées, elles peuvent servir de capteurs pour mesurer la qualité de l'air ou la présence de pathogènes, soulignent les chercheurs qui détaillent leurs travaux dans une étude parue le 22 septembre dans la revue Nature.

« A ma connaissance, personne n'a jamais travaillé sur ce concept de micro-puce volante, affirme John Rogers, chercheur à la Northwestern University (États-Unis) et responsable du développement de ces dispositifs. L'objet principal de notre étude était de concevoir et fabriquer des structures ailées de très petite taille en trois dimensions et d'étudier leur aérodynamisme. »

Trois cas applicatifs

Pour démontrer l'intérêt de leurs engins volants en les équipant d'instruments, les chercheurs ont testé trois cas de figure. Le premier consiste à revêtir la structure d'une couche qui change de couleur en fonction du pH. En observant à distance leur chute et leur changement de couleur avec une caméra à haute résolution, il est possible d'analyser l'acidité de l'air traversé.

Les structures les plus petites ont la taille de grains de poussière. @Northwestern University

Une autre structure a été fabriquée à partir d'un substrat de silicium sur isolant (SOI) du français Soitec. « Les transistors sont fonctionnels et pourraient très bien former un circuit imprimé mais ce démonstrateur n'a pas de fonction au niveau système car l'objectif était de démontrer le concept de fabrication », précise M. Rogers.

Enfin, une dernière plate-forme, de plus grosse taille, a été équipée d'un système pour évaluer la présence de poussière dans l'air en mesurant l'exposition du dispositif aux ultraviolets. Dans ce cas, les résultats peuvent ensuite être récupérés grâce à une puce embarquée de communication sans fil à courte portée (NFC).

La question des déchets électroniques

La capacité de ces dispositifs à communiquer et à transmettre des données est un point critique pour justifier de leur intérêt dans des applications. « La technologie NFC n'est pas idéale, admet M. Rogers. Mais les tendances dans l'électronique vers la miniaturisation et la diminution de la consommation d'énergie permettent d'espérer que des systèmes de communication sans fil plus adaptés seront disponibles dans le futur. »

Les chercheurs ont exploré différentes formes et structures. @Northwestern University

Aux inquiétudes que pourrait soulever la dispersion de déchets électroniques dans l'environnement, les chercheurs répondent qu'un axe de recherche consiste à utiliser de l'électronique temporaire et biodégradable. « C'est un sujet très important et nous avons des pistes pour y parvenir, assure M. Rogers. Nous avons travaillé sur des implants électroniques temporaires qui se dissolvent dans l'eau de manière contrôlée. » Toutefois, dans le cadre de cette étude, les dispositifs présentés sont munis d'électronique classique.

De la qualité de l'air à la surveillance des populations ?

En plus de l'étude de la qualité de l'air, les chercheurs évoquent une autre application : la surveillance des populations. Pourrait-on imaginer de tels engins presque invisibles équipés de micros ou de caméras ? Prudent, M. Rogers n'exclut pas que cela puisse être fait dans le futur, même s'il estime que des caméras seraient sans doute trop demandeuses en énergie et en capacité de transfert de données. « Ce n'est pas notre objectif et ce n'est pas dans cette optique que nous nous sommes lancés dans l'étude de ce concept », assure-t-il.

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