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Détecter des produits dangereux avec un smartphone

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Grâce à de simples tags RFID modifiés, des chercheurs du MIT ont développé des capteurs chimiques capables de transmettre à un smartphone, des informations sur les teneurs en gaz enregistrées dans l'environnement. Les applications devraient être nombreuses.

Pour détecter des produits chimiques dangereux, les chercheurs du MIT utilisent désormais de simples tags NFC modifiés et leurs smartphones. © Melanie Gonick, MIT

Des chimistes américains du Massachusetts Institute of Technology (MIT) viennent d'annoncer avoir mis au point une nouvelle génération de capteurs chimiques. L'équipe les présente comme bon marché et faciles à mettre en œuvre, car ne nécessitant ni câblage, ni alimentation électrique. Ils ont été conçus sur la base de simples tags RFID (Radio Frequency Identification) modifiés pour pouvoir détecter la présence de produits chimiques dangereux ou indésirables (ammoniac gazeux, peroxyde d'hydrogène, cyclohexanone, etc.).

Rappelons le principe de fonctionnement d'un capteur chimique. Celui-ci contient un matériau sensible qui présente une propriété modulable en présence d'un gaz. C'est ainsi, par exemple, que la résistance électrique d'un circuit qui peut être modifiée et révéler le produit chimique visé. Au MIT, l'équipe du professeur Swager travaille au développement de ce type de capteurs depuis plusieurs années.

Contrairement aux systèmes déjà disponibles sur le marché, la nouvelle génération de capteurs proposée par les chimistes du MIT ne nécessite pas d'apport en énergie et fonctionne à température ambiante. Ces capteurs sont fabriqués à partir de tags NFC (Near Field Communication ou communication en champ proche) remodelés que leurs inventeurs ont baptisés CARD, pour Chemically Actuated Resonant Devices ou dispositifs de résonance activés chimiquement. Les tags NFC ne sont rien d'autre que des tags RFID haute fréquence. Ils permettent d'échanger des données sans contact et à courte distance entre deux appareils équipés de puces NFC. Aujourd'hui, la plupart des smartphones intègrent cette technologie. Ils peuvent donc envoyer de courtes impulsions magnétiques à fréquence radio (13,56 MHz) et induire ainsi un courant électrique dans le tag qui retransmet alors en retour, l'information au téléphone.

L'un des avantages de la nouvelle génération de capteurs chimiques développée par l'équipe du MIT est qu'elle permet d'avoir accès à l'information même au travers d'emballages et donc sans mettre l'opérateur lui-même en contact avec le produit dangereux (voir la vidéo de démonstration en anglais). © Melanie Gonick, MIT

Des nanotubes de carbone pour révéler la présence d’un gaz

Pour arriver à ses fins, l'équipe du MIT a tout d'abord coupé le circuit électronique inclus dans le tag NFC classique. Puis, les chimistes ont reconnecté l'ensemble par l'intermédiaire de nanotubes de carbone. Une opération réalisée grâce à un crayon mécanique qu'ils avaient eux-mêmes mis au point en 2012. Dans le cas d'un crayon classique, la mine est en graphite. Ici, la mine est constituée d'une poudre de nanotubes de carbone qui se dépose sur le support. Lorsque les nanotubes de carbone sont mis en contact avec le gaz cible, leur conductivité électrique change et les fréquences radio qu'ils peuvent transmettre au système avec elle. Au moment où un smartphone tente de lire le CARD, celui-ci répond en fonction de l'énergie qu'il reçoit aux fréquences radio transmises par ledit smartphone. Ce dernier peut ainsi déterminer si le circuit a été modifié et si le gaz cible est présent. Les concentrations détectables sont aussi faibles que quelques parties par million.

Pour l'heure, chaque CARD ne peut détecter qu'un seul type de gaz. Mais un même smartphone peut obtenir des informations sur de nombreux gaz différents. Du moment qu'il est placé à une distance inférieure à 5 cm du tag. L'équipe du MIT travaille sur la technologie Bluetooth pour élargir cette fenêtre.

Du fait du bas coût de la technologie et de la possibilité d'avoir accès aux informations grâce à un simple smartphone, les applications envisagées sont multiples. Le système pourrait aussi bien permettre de détecter des explosifs ou des gaz dangereux dans un environnement clos que des polluants dispersés dans la nature. Les CARD pourraient aussi être intégrés à des matériaux intelligents, des emballages qui avertiraient les consommateurs d'éventuelles détériorations ou contaminations de denrées alimentaires. Les employés d'usines chimiques pourraient également les porter comme des badges à scanner matin et soir pour vérifier la quantité de gaz à laquelle ils ont été exposés dans la journée.

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