Cinq nouvelles avancées en technologie optique et photonique

Comme la plupart des disciplines scientifiques, la photonique et l'optique ont évolué rapidement à mesure que la technologie progressait.

Avec des appareils de plus en plus petits et précis, ainsi que plus abordables à produire, la technologie optique et photonique est utilisée avec succès dans les applications scientifiques et grand public. Voici 5 façons intéressantes dont la technologie optique et photonique a changé ces dernières années:

L'IA en imagerie

Les microscopes à fluorescence par caméra et d'autres outils d'imagerie utilisés par les scientifiques ont souvent produit des images problématiques. En effet, ces images haute résolution sont très sensibles aux changements de mise au point, ce qui peut rapidement produire des images floues ou floues.

Ces images floues doivent ensuite être recapturées ou autrement corrigées à l'aide d'une intervention humaine, ce qui consomme beaucoup de temps et de main-d'œuvre.

Le besoin de mise au point manuelle et de réimagerie ralentit la recherche scientifique et entrave la capacité des scientifiques à produire de grands ensembles de recherche qui pourraient contribuer aux progrès dans leur domaine.

En associant ces microscopes à l'intelligence artificielle grâce aux progrès de la technologie optique, le besoin d'une intervention humaine pour corriger ces images floues diminue. Cela permet une approche plus autonome des scientifiques et peut contribuer à des progrès plus rapides dans la recherche.

Non seulement le couplage de cette technologie optique avec l'IA aide lors de la collecte et de l'analyse des données d'un microscope individuel ou d'un autre appareil d'imagerie, mais la connexion de cette IA à une autre IA en effectuant les mêmes réglages sur d'autres appareils peut améliorer la réactivité et les résultats pour tous les appareils connectés.

Voitures autonomes

Une utilisation très discutée de l'optique et de la photonique se trouve dans les capteurs nécessaires aux voitures autonomes. Cette technologie en est encore à ses débuts, comme en témoignent les accidents bien connus de voitures prototypes.

Cependant, grâce aux progrès de la détection de la lumière et du radar (LiDAR), une version basée sur la lumière du radar, ainsi que de l'IA, les voitures autonomes deviennent de plus en plus une possibilité réelle.

À l'heure actuelle, il y a deux très gros obstacles à l'introduction de voitures autonomes sur le marché de masse: la sécurité et les coûts.

Même si le LiDAR et l'IA sont très efficaces pour détecter les dangers courants tels que les panneaux d'arrêt et les voitures qui ralentissent devant la voiture autonome, ils ne sont pas efficaces pour détecter tous les dangers inattendus qui peuvent survenir sur la route. Comme le montre un incident bien connu de 2018 où un piéton a été heurté et tué, les voitures autonomes ne possèdent pas encore les capacités de prise de décision nécessaires dans une situation dynamique telle que la conduite dans la circulation.

Le LiDAR est également incroyablement cher, ce qui rend actuellement impossible sa fabrication à grande échelle pour le consommateur moyen. À mesure que l'industrie progresse et que la technologie devient plus abordable, cet obstacle aux voitures autonomes diminuera probablement.

Agriculture de précision

L'agriculture a toujours été un mélange de science, d'expérience et de conjecture.

Même les agriculteurs les plus aguerris ne peuvent pas voir dans le sol pour savoir à quel point leurs cultures sont saines sous la surface. Pour cette raison, des récoltes entières peuvent être ruinées parce que quelque chose s'est mal passé pendant la saison de croissance, ce qui coûte cher à l'agriculteur.

De nouveaux capteurs qui utilisent des rayons ultraviolets et infrarouges peuvent être focalisés sur une parcelle de terre agricole, aidant ainsi les agriculteurs à jeter un coup d'œil sous le sol afin qu'ils puissent faire des ajustements en conséquence. Une fois attaché à un drone, le capteur peut donner une vue plongeante sur les champs.

Ce capteur peut détecter si une culture est correctement arrosée, a besoin de plus d'engrais ou peut avoir une maladie qui se cache juste hors de vue. La connaissance de ces informations permet à l'agriculteur de planifier une irrigation supplémentaire, d'ajouter un peu plus d'engrais ou de prendre des mesures pour combattre la maladie dès le début, ce qui donne aux cultures une meilleure chance de croissance saine et sans problème.

La même technologie peut être appliquée aux cultures déjà récoltées, déterminant s'il y a des meurtrissures profondes dans les légumes ou mesurant la teneur en sucre et en eau à l'intérieur des fruits.

Dépistage rapide des maladies

Une détection et une intervention précoces sont essentielles pour réduire la propagation de maladies infectieuses telles que le virus Ebola.

À l'heure actuelle, le dépistage des maladies, en particulier pour les nouvelles maladies émergentes telles que COVID-19, les échantillons sont collectés sur le terrain, puis acheminés vers un laboratoire - qui peut être à des centaines de kilomètres de la personne testée - pour un examen au microscope ou une autre forme de détection des maladies. Dans certains cas, le retour des résultats peut prendre des jours, ce qui met encore plus en danger toute personne en contact et augmente la propagation.

Afin d'accélérer le processus de détection des maladies, les scientifiques du Rochester Institute of Technology ont développé un instrument portable basé sur la fluorescence qui peut rapidement détecter Ebola sur le terrain.

Une gouttelette de sang est prélevée sur un patient, et cette gouttelette est ensuite analysée avec un laser et un fluorimètre intégrés à une puce microfluidique. Les résultats peuvent être fournis en 15 minutes à partir de la collecte des échantillons, et un seul appareil peut traiter 24 échantillons en 30 minutes.

Les scientifiques espèrent que la technologie pourra être étendue pour être utilisée pour détecter d'autres souches virales afin d'élargir son utilisation.

Piégeage de particules au laser

L'étude des cellules, des molécules et des atomes nécessite un équipement incroyablement high-tech, et plus les particules que vous souhaitez étudier sont petites, plus les instruments sont précis.

Le piégeage de particules au lasera été utilisé pour étudier des particules plus grosses, y compris des cellules et des atomes entiers, mais il est également en cours d'intégration dans l'étude des noyaux atomiques.

Un piège optique à laser est utilisé pour faire léviter une particule nucléaire radioactive où elle est maintenue jusqu'à ce que la particule se désintègre. Ensuite, l'amplitude et la fréquence du recul de la particule sont mesurées en temps réel. Le déplacement de recul est utilisé pour calculer l'énergie cinétique des particules atomiques, donnant aux scientifiques une image encore meilleure de la composition globale de certains types de noyaux atomiques.

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