Dans l’oeil de la crevette-mante

Une crevette mante - Odontodactylus scyllarus - Ses yeux proéminents, globuleux, pédonculés et orientables indépendamment lui offrent la vue la plus perfectionnée et détaillée du monde animal et lui permettent d'évaluer avec précision la distance qui la sépare de sa proie. Photo : fenkieandreas

En imitant l’œil de la crevette-mante, des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont mis au point une caméra ultra-sensible capable de détecter à la fois la couleur et la polarisation.

“Le règne animal est plein de créatures avec des yeux beaucoup plus sensibles et sophistiqués que le nôtre”, a déclaré Viktor Gruev, un professeur d’ingénierie électrique et informatique de l’Université de l’Illinois et co-auteur de cette étude. “Ces animaux particuliers perçoivent des phénomènes naturels invisibles aux humains : la polarisation de la lumière, c’est-à-dire la direction de l’oscillation de la lumière lorsqu’elle se propage dans l’espace, en est un exemple. De nombreux animaux utilisent la vision polarisée comme un canal de communication caché, pour trouver de la nourriture, ou même pour se déplacer en détectant les modèles de polarisation dans le ciel.”

La crevette-mante, considérée comme l’une des meilleures chasseuses dans les eaux peu profondes, possède l’un des yeux les plus sophistiqués de la nature. Comparé à la vision humaine, qui a trois différents types de récepteurs de couleur, la crevette-mante, quant à elle, a 16 types de récepteurs de couleur et six canaux de polarisation.

Viktor Gruev et Missael Garcia (son étudiant) ont reproduit le système visuel de cette crevette en utilisant quelques concepts physiques de base. “La nature a conçu des matériaux comme différentes couleurs de lumière pénètrent à différentes profondeurs. Si nous faisons briller un laser bleu et un laser rouge sur le bout de notre doigt, nous pouvons seulement observer la lumière rouge de l’autre côté du doigt, car la lumière rouge peut pénétrer plus profondément dans le tissu. La nature a construit l’œil de la crevette-mante de telle sorte que les éléments photosensibles sont empilés verticalement les uns sur les autres. Cet empilement permet l’absorption de longueurs d’onde plus courtes, telles que la lumière bleue, dans les photorécepteurs peu profonds et la lumière rouge dans les photorécepteurs plus profonds. Les photorécepteurs sont organisés à l’échelle nanométrique, ce qui leur permet également de « voir » les propriétés polarisées de la lumière. Les mêmes lois de la physique qui s’appliquent au système visuel de la crevette s’appliquent également aux matériaux de silicium, le matériau utilisé pour construire nos appareils photo numériques. En empilant plusieurs photodiodes les unes sur les autres dans le silicium, nous pouvons voir la couleur sans utiliser de filtres spéciaux et en combinant cette technologie avec des nano-fils métalliques.  Nous avons ainsi reproduit efficacement la partie du système visuel de la crevette-mante qui lui permet de détecter à la fois la couleur et la polarisation.”

Cette combinaison unique de photo-détecteurs au silicium et de nanomatériaux a permis à l’équipe de recherche de l’Illinois de créer une caméra à polarisation des couleurs par pointage et déclenchement. Les applications de telles caméras sont très variées : de la détection précoce du cancer à la surveillance des changements dans l’environnement, en passant par le décodage des canaux de communication cachés que de nombreuses espèces animales sous-marines semblent exploiter.

“En imitant le système visuel de la crevette mante, nous avons créé un appareil photo unique qui peut être utilisé pour améliorer la qualité de notre vie”, a déclaré le chercheur. “L’idée que nous pouvons détecter la formation précoce du cancer est ce qui fait avancer cette recherche : le coût de cette technologie est inférieur à 100 dollars, ce qui permettra des soins de santé de qualité dans des endroits à ressources limitées dans le monde.”

Source : Université de l’Illinois; https://news.illinois.edu/blog/view/6367/566077

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