Nouveau capteur hologramme portable fournit alertes instantanées de fuite de gaz

Les accidents de gaz — tels que fuite de gaz toxique dans les usines, fuite de monoxyde de carbone des chaudières, ou suffocation par gaz toxique lors du nettoyage de regards — continuent de faire des victimes et de causer des blessures. Développer un capteur capable de détecter rapidement les gaz toxiques ou biochimiques reste un enjeu important en santé publique, surveillance environnementale et secteurs militaires. Une équipe de recherche a développé un capteur hologramme portable, ultra-compact et peu coûteux qui notifie immédiatement l'utilisateur de la détection de gaz volatils.

Les chercheurs ont intégré une métasurface avec un modulateur optique à cristaux liquides réactif au gaz pour développer un capteur qui fournit une alarme holographique visuelle immédiate lorsque des gaz nocifs sont détectés. Les dispositifs de détection de gaz conventionnels ne sont pas largement utilisés en raison de leur coût de fabrication élevé. De plus, les capteurs de gaz commerciaux ont des limitations : ils sont difficiles à utiliser, ont une mauvaise portabilité et une vitesse de réaction lente.

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L'ingénieur Trevon Badloe raconte à Tech Briefs la conception du capteur portable.

Pour résoudre ces problèmes, l'équipe a utilisé la métasurface — un dispositif optique connu pour avoir un effet « cape d'invisibilité » en faisant disparaître des objets visibles en contrôlant l'indice de réfraction de la lumière. La métasurface est particulièrement utilisée pour transmettre des hologrammes bidirectionnels ou des images vidéo 3D en contrôlant librement la lumière.

En utilisant la métasurface, l'équipe a développé un capteur de gaz qui peut faire flotter une image d'alarme holographique dans l'espace en quelques secondes en utilisant le contrôle de polarisation de la lumière transmise qui se transforme en raison du changement d'orientation des molécules de cristal liquide dans la couche de cristal liquide à l'intérieur du dispositif capteur lorsqu'il est exposé au gaz. De plus, le capteur de gaz ne nécessite aucun support de dispositifs mécaniques ou électroniques externes, contrairement aux autres capteurs de gaz commerciaux conventionnels.

Les chercheurs ont utilisé l'alcool isopropylique comme gaz dangereux cible, connu comme substance toxique pouvant causer douleurs d'estomac, maux de tête, vertiges, et même leucémie. Le capteur a été confirmé pour détecter même la quantité infime d'environ 200 ppm de gaz. Dans une expérience réelle utilisant un marqueur pour tableau blanc — une source de gaz volatil dans notre vie quotidienne — une alarme holographique visuelle est apparue instantanément au moment où le marqueur a été approché du capteur.

Une méthode d'impression nanocomposite en une étape a été développée pour produire le capteur de gaz flexible et portable. La structure de métasurface, qui était précédemment traitée sur un substrat dur, a été conçue pour permettre une production rapide avec un processus de nanocoulage en une seule étape sur un substrat courbé ou flexible. Lorsque le capteur flexible fabriqué avec cette méthode se colle comme un autocollant sur des lunettes de sécurité, il peut détecter le gaz et afficher une alarme hologramme. Il est anticipé comme intégrable avec les systèmes d'affichage AR de type lunettes en développement chez Apple, Samsung, Google et Facebook.

L'équipe développe un capteur environnemental haute performance qui peut afficher le type et le niveau de concentration des gaz ou biochimiques dans l'environnement avec une alarme holographique et étudie des techniques de conception optique qui peuvent encoder diverses images holographiques. Si ces études réussissent, elles pourront être utilisées pour réduire les accidents causés par des fuites biochimiques ou de gaz. Ce serait particulièrement efficace dans des environnements de travail plus extrêmes où le bruit acoustique et visuel est intense.