Transformer les caméras en moniteurs environnementaux en temps réel

Détecter les microplastiques et identifier le stress des plantes à un stade précoce – cela et bien plus peut maintenant être fait grâce à une nouvelle méthode basée sur des mesures de lumière infrarouge proche. Il est peu coûteux et fonctionne en temps réel.

Des chercheurs de Bochum, Duisburg, Karlsruhe et Münster ont développé une nouvelle méthode pour surveillance environnementale. Il est basé sur la lumière proche infrarouge (NIR) et permet aux utilisateurs d’obtenir des informations spectrales détaillées à partir de divers matériaux et échantillons biologiques.

L’équipe dirigée par Jan Stegemann et le professeur Sebastian Kruss du Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems IMS et Ruhr University Bochum, en Allemagne, ont montré que la technologie Hypernir peut être utilisée pour l’identification sans contact de différents types de plastique, par exemple, qui est utile pour les processus de recyclage et la détection des microplastiques. L’étude est publié dans Science avancée.

La lumière proche infrarouge, qui est invisible pour l’homme, contient des informations précieuses sur la composition chimique d’un échantillon. Les méthodes précédentes l’ont affiché soit en tant qu’image en niveaux de gris, soit comme un spectre, c’est-à-dire comme une distribution d’intensité pour différentes longueurs d’onde. La nouvelle méthode est basée sur imagerie hyperspectralequi est une combinaison d’informations spectrales et spatiales.

En utilisant des composants peu coûteux et disponibles dans le commerce, les chercheurs peuvent transformer n’importe quelle caméra standard en une caméra Hypernir afin de convertir des informations spectrales en images. Ils utilisent une optique de polarisation contrôlable à cet effet. Les marqueurs externes, tels que les colorants, peuvent également être capturés, mais ne sont pas nécessaires.

Le processus fonctionne en temps réel

Le système prend trois images de chaque échantillon, qui fournissent des informations spectrales détaillées. Bien que les méthodes conventionnelles nécessitent un balayage long d’un échantillon, la caméra Hypernir est nettement plus rapide. « La capacité d’analyser différents matériaux et leurs propriétés en temps réel peut considérablement augmenter l’efficacité des processus de surveillance environnementale », prédit Kruss.

Les chercheurs ont montré, par exemple, que la technologie Hypernir leur a permis de suivre en temps réel comment une plante de poivron absorbe l’eau – sans contact et sans utiliser de colorants. « Une telle imagerie hyperspectrale peut potentiellement être transférée à d’autres molécules », explique Stegemann. « Il pourrait être utilisé pour surveiller la teneur en nutriments dans une plante ou pour détecter l’infestation des ravageurs et le stress des plantes à un stade précoce. »

Applications également réalisables dans la biomédecine

La méthode Hypernir peut également être combinée avec microscopie à fluorescence pour différencier les différentes molécules fluorescentes qui sont utilisées comme marqueurs. Cela signifie que le système est potentiellement intéressant pour la recherche biomédicale. L’équipe dirigée par Stegemann et Kruss espère explorer ce domaine d’application plus en détail à l’avenir.

« L’intégration du processus dans les drones pourrait également aider à résoudre des problèmes environnementaux pressants dans le domaine de l’agriculture en ouvrant une nouvelle dimension dans la collecte et l’analyse des données », explique Kruss.