Un groupe de chercheurs deETH Zurich a développé un nouvelle technologie ce qui pourrait représenter une étape importante vers le dépassement des limites de pixels, pixels de Fourier, bidirectionnel. Les pixels sont les éléments fondamentaux de toute image numérique, mais ils ne remplissent pas tous la même fonction. Ceux qui composent les écrans des smartphones, ordinateurs et téléviseurs ils servent à générer les images que nous voyonsalors que ceux présents dans les capteurs de la caméra font le contraire, c’est-à-dire ils captent la lumière provenant de l’environnement et la transforment en information numériquei, exploitant l’interaction entre la lumière et la matière, phénomène physique également lié à l’effet photoélectrique. Pendant des décennies, ces deux fonctions sont restées distinctes, à tel point que les écrans et les caméras sont conçus comme des composants distincts.
Le résultat de leurs chercheurs est le Pixels de Fourierun type particulier de pixel capable à la fois d’afficher des images et d’analyser la lumière entrante. En d’autres termes, le même élément peut remplir simultanément le rôle d’affichage et de capteur optique, une fonctionnalité qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de l’optique appliquée.
La recherche ne porte pas sur un nouvel écran prêt à arriver sur le marché ou sur une caméra destinée à être intégrée dans des appareils de nouvelle génération. Il s’agit plutôt d’une démonstration expérimentale qui montre comment il est possible de concevoir un pixel doté de capacités beaucoup plus larges que celles des composants traditionnels. Avec un développement ultérieur, le pixel de Fourier pourrait trouver des applications dans des domaines allant des écrans et systèmes d’imagerie de nouvelle génération aux dispositifs de réalité augmentée et aux communications optiques.
Comment fonctionne le nouveau pixel de Fourier de l’ETH Zurich
Le fonctionnement du pixel de Fourier est basé surinterférence lumineuseun phénomène physique qui se produit lorsque deux ou plusieurs ondes lumineuses se chevauchent. Le même mécanisme est également à la base de technologies telles que les hologrammes. Selon la manière dont elles se combinent, les ondes peuvent se renforcer ou s’annuler partiellement, donnant naissance à des motifs lumineux bien définis. C’est un phénomène étudié depuis plus d’un siècle en optique et aujourd’hui utilisé dans diverses technologies avancées.
Pour exploiter cela, les chercheurs ont créé de minuscules structures de dimensions de l’ordre du nanomètre à la surface de l’appareil. Lorsqu’un faisceau lumineux les traverse, ces structures transforment une partie du rayonnement incident en ondes de surface qui se propagent le long de la matière. Par la suite, ces ondes sont reconverties et, en interférant les unes avec les autres, génèrent des motifs lumineux contrôlables avec une extrême précision.
Qu’est-ce qui différencie ce nouveau type d’élément optique
Le nom pixel de Fourier vient deAnalyse de Fourierun outil mathématique utilisé pour décrire le comportement des vagues. Grâce à cette approche, il est possible de concevoir la géométrie du nanostructures pour que le pixel produise une certaine réponse optique. Cependant, la même architecture ne se limite pas au contrôle du signal de sortie, mais est également capable d’obtenir des informations sur ce qui arrive de l’extérieur.
En pratique, l’appareil détecte non seulement la présence de lumière, mais analyse également certaines de ses propriétés physiques. Cela signifie que le même élément peut à la fois produire un certain effet optique et interpréter le signal reçu, une fonctionnalité absente des pixels conventionnels. Selon les auteurs de l’étude, il peut en effet gérer des paramètres tels que phase et le polarisationinformations particulièrement utiles dans de nombreuses applications scientifiques et technologiques.
C’est précisément cette double capacité qui distingue le pixel de Fourier des composants traditionnels : alors que ceux d’un écran émettent ou modulent simplement la lumière et ceux d’un capteur photographique s’occupent exclusivement de sa détection, le nouveau dispositif intègre les deux fonctions dans le même élément.
Quelles applications cette technologie pourrait-elle avoir ?
L’intégration de plusieurs fonctions optiques dans un même composant ouvre des scénarios intéressants, même s’ils restent encore à explorer. Selon les chercheurs, le pixel de Fourier pourrait contribuer au développement de dispositifs optiques plus compacts, réduisant ainsi le nombre d’éléments nécessaires pour réaliser des opérations qui nécessitent aujourd’hui des systèmes séparés.
Les applications hypothétiques comprennent écrans intelligentscapables non seulement de montrer des images, mais aussi de collecter des données sur l’environnement, et de nouveaux systèmes d’imagerie capables d’analyser les caractéristiques de la lumière avec une plus grande précision. Cette architecture pourrait également s’avérer utile dans les appareils informatiques réalité augmentée et le réalité mixteoù l’espace disponible est limité et où l’intégration de plusieurs fonctions dans le même élément représente un avantage important.
Un autre domaine d’utilisation possible concerne communications optiques. Étant donné que le pixel de Fourier est conçu pour manipuler et détecter les propriétés de la lumière, il pourrait à l’avenir également être utilisé dans des systèmes transmettant des informations via des signaux lumineux. Il s’agit cependant de développements qui nécessiteront des études plus approfondies avant de pouvoir être transformés en applications concrètes.
Parce que cette technologie n’arrivera pas immédiatement sur les smartphones et les moniteurs
Même si le résultat obtenu par les chercheurs est prometteur, le pixel de Fourier reste un prototype développé en laboratoire. L’étude met en évidence la faisabilité du concept, mais cela ne signifie pas que cette solution soit prête à être utilisée dans les produits de grande consommation.
L’un des principaux obstacles concerne la complexité de sa mise en œuvre. Les minuscules structures qui permettent au pixel de contrôler et d’analyser la lumière doivent être fabriquées à l’aide de techniques nanofabrication extrêmement précis, très différents de ceux utilisés pour produire des écrans courants pour smartphones et moniteurs.
Même les conditions dans lesquelles le prototype a été testé sont loin de celles d’un appareil électronique utilisé au quotidien. Les expériences ont été menées dans un environnement contrôlé et avec une configuration optique spécialement conçue pour démontrer le fonctionnement de la technologie. Avant de pouvoir le transformer en composant commercial, il faudra donc surmonter de nombreux défis d’ingénierie, de la miniaturisation du système à production à grande échelle.
Le pixel de Fourier représente donc pour l’instant avant tout une démonstration du potentiel offert par l’ingénierie optique. Des recherches plus approfondies seront nécessaires pour comprendre si cette solution peut être adoptée dans les appareils du quotidien, mais les résultats obtenus jusqu’à présent démontrent que le concept même de pixels peut évoluer, ouvrant la voie à des dispositifs optiques plus polyvalents, capables d’exécuter des fonctions auparavant considérées comme distinctes.