Des chercheurs de la Queen Mary University of London ont conçu une lentille souple transparente à base de graphène, capable de modifier sa distance focale instantanément sans pièces mécaniques encombrantes. Cette avancée promet des caméras autofocus plus minces et de nouveaux dispositifs médicaux miniatures, d’après une étude publiée dans Advanced Functional Materials.
Modifier sa mise au point visuelle est un automatisme du quotidien. Qu’il s’agisse de lire un livre, d’identifier un visage à l’autre bout d’une pièce ou de suivre un oiseau en vol, l’œil humain s’ajuste sans effort. Reproduire cette souplesse optique dans un système artificiel s’est toutefois avéré particulièrement complexe pour les ingénieurs.
Une équipe de la Queen Mary University of London, menée par le professeur James Busfield, vient de franchir une étape déterminante. Les chercheurs ont développé un matériau transparent à base d’oxyde de graphène réduit qui permet à des lentilles souples de changer de focale par voie électronique, s’affranchissant ainsi des mécanismes lourds et mobiles traditionnels, selon l’étude parue dans Advanced Functional Materials.
Une architecture optique inspirée de l’œil vivant
Les lentilles rigides que l’on trouve habituellement dans les appareils photo, les microscopes et les instruments d’optique exigent des composants mécaniques complexes pour bouger les verres. En contrepartie, le prototype développé à Londres se comporte davantage que les lentilles des appareils photo conventionnels, microscopes et instruments optiques, le prototype se comporte plus comme un œil vivant, d’après les observations rapportées sur les travaux menés par l’équipe.
Lorsqu’un courant électrique est appliqué, une membrane souple étire délicatement la lentille, modifiant subtilement sa géométrie pour rendre nettes des cibles situées à différentes distances. Cette méthode se démarque nettement des lentilles adaptatives électrostatiques classiques, qui placent leurs électrodes sur les bords car les matériaux employés bloquent la lumière. De surcroît, les lentilles souples électriques habituelles requièrent des électrodes flexibles opaques pour se déplacer, ce qui les rend inadaptées aux applications optiques directes.
En concevant des électrodes transparentes à partir d’oxyde de graphène réduit, l’équipe de recherche a pu les intégrer directement sur l’actionneur en expansion situé sous la lentille elle-même. Cette nouvelle architecture réduit de façon spectaculaire l’encombrement et la complexité du dispositif.
Équilibre entre performance électrique et clarté optique
Pour parvenir à un tel résultat, les chercheurs ont minutieusement calibré la quantité de graphène déposée sur la membrane souple afin de trouver le juste équilibre entre performance électrique et transparence optique. Le prototype ainsi assemblé a ajusté avec succès son foyer sur une plage de distances variée tout en préservant un format compact, d’après les conclusions de l’étude.
Bien que le projet en soit encore au stade de la recherche, cette technologie pourrait donner naissance à une nouvelle génération de systèmes optiques adaptatifs plus fins, plus silencieux et plus économes en énergie que les solutions actuelles.
C’est passionnant. Cela signifie qu’à l’avenir, une technologie similaire pourrait trouver des applications dans les caméras autofocus, les affichages portables, les casques de réalité virtuelle et augmentée, les dispositifs d’imagerie médicale miniatures et les instruments scientifiques où les systèmes de mise au point mécaniques conventionnels ajoutent du poids, de la complexité ou du coût. Giacomo Sasso, premier auteur de l’étude
Vers une robotique molle et des polymères actifs
Cette recherche met également en lumière l’importance croissante de la robotique molle et des matériaux avancés pour transformer les technologies du quotidien. Au lieu de s’appuyer sur des moteurs et des engrenages traditionnels, les polymères électriquement actifs agissent comme de véritables muscles artificiels.
Ils modifient leur forme de manière fluide et silencieuse en réaction à des impulsions électriques. Associés aux propriétés électriques exceptionnelles du graphène, ils offrent aux ingénieurs une approche entièrement nouvelle pour concevoir des systèmes optiques, souligne Alec Lamoreux, second auteur de l’étude, cité dans les travaux de la Queen Mary University of London.
Des efforts supplémentaires restent nécessaires pour perfectionner la transparence des électrodes en graphène et optimiser leur rendement global. Néanmoins, les résultats démontrent qu’il est possible de fabriquer des lentilles souples et pilotables électroniquement en ayant recours à des techniques de fabrication simples et à des matériaux économiques.