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Un capteur sonore ultrasensible inspiré des pattes d’araignée

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En copiant un organe sensoriel très puissant dont sont pourvues les araignées, une équipe de chercheurs de l'université nationale de Corée a conçu un capteur sonore miniature aux performances prometteuses. De la reconnaissance vocale en passant par la détection du rythme cardiaque ou des secousses sismiques, cette innovation pourrait déboucher sur de nombreuses applications.

Cette infographie tirée de l’article scientifique publié dans Nature montre l’aspect de l’organe sensoriel situé sur les pattes des araignées de la famille des cténidés. Ces fissures parallèles captent la moindre vibration dans l’air et transmettent l’information au système nerveux de l’animal. © D. Kang, M. Choi, Nature

Voici encore un bel exemple de biomimétisme. Des chercheurs de l'université nationale de Corée sont parvenus à créer un capteur de sons et de vibrations d'une très grande sensibilité qui est directement inspiré du système sensoriel des araignées. Cette invention pourrait servir à de nombreuses applications dans le domaine de la reconnaissance vocale, du suivi de fonctions vitales ou de la surveillance des infrastructures.

Les araignées de la famille des Ctenidae sont capables de percevoir de très faibles vibrations à plusieurs mètres de distance grâce aux poils qui recouvrent leur corps mais surtout à des capteurs qui se trouvent dans leurs pattes. Il s'agit de petites fentes parallèles en forme de fissures aussi appelées organes lyriformes qui sont extrêmement sensibles aux sons et aux vibrations. C'est le système d'alarme qu'utilisent ces araignées pour sentir la présence d'une proie ou d'un danger. Ce phénomène biologique complexe a été décrit en 2009 par les professeurs Peter Fratzl (institut Max Planck) et Friedrich Barth (université de Vienne). Les scientifiques coréens se sont appuyés sur ces travaux pour recréer une version mécanique de cet organe, qu'ils présentent dans leur article publié par la revue Nature.

Le capteur sonore développé par l’équipe de l’université nationale de Corée a été testé avec succès pour faire de la reconnaissance vocale dans un environnement bruyant, détecter chaque note d’un morceau de musique et prendre le rythme cardiaque d’une personne. © D.Kang, M.Choi, Nature

Trois à cinq ans pour une version commercialisable

Le capteur consiste en une couche de platine de 20 nanomètres d'épaisseur déposée sur un polymère viscoélastique. La couche de platine est découpée pour imiter les fissures parallèles afin qu'elle puisse se déformer et s'étirer sous l'effet des vibrations et des ondes sonores. Un courant électrique est envoyé sur la partie en platine. Lorsque celle-ci est inerte, les fissures sont fermées et le courant passe sur toute la surface. Dès qu'une infime vibration se produit, les fissures s'ouvrent, créant une perturbation de la conductance. Ce sont ces variations que l'on mesure.

Pour démontrer la performance de leur capteur, les chercheurs ont réalisé un essai en le plaçant au niveau du cou sur une dizaine de personnes. Chaque participant devait prononcer des mots dans un environnement sonore bruyant (92 décibels). Le capteur est parvenu à enregistrer les mots sans difficulté alors qu'un microphone classique avait beaucoup plus de mal à isoler du bruit parasite les mots vocalisés. Une autre expérimentation consistait à fixer le capteur sur un violon jouant l'air Salut d'amour du compositeur britannique Edward Elgar (voir l'essai en vidéo sur YouTube). Il a correctement enregistré chacune des notes qui ont ensuite été converties en signaux numériques pour être rejouées. Placé sur le poignet d'une personne, le capteur a pu également prendre un rythme cardiaque avec fiabilité.

Les chercheurs coréens disent être en mesure de configurer la sensibilité du capteur en fonction des applications en jouant sur la densité des fissures faites au film de platine. Par exemple, un capteur destiné à mesurer le rythme cardiaque n'aura pas besoin d'être aussi sensible qu'une version destinée à la reconnaissance vocale. Le système pourrait également être adapté pour créer des capteurs sismiques plus performants. Il est aussi question de réduire le coût de fabrication en remplaçant le platine par du cuivre ou de l'aluminium en vue d'une commercialisation que les chercheurs croient possible dans les cinq ans à venir.

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