Les micro-ondes améliorent les systèmes d’imagerie et accélèrent l’évaluation des infrastructures

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Crédit : Pixabay/CC0 domaine public

Les micro-ondes font plus que réchauffer vos restes. Ces ondes invisibles de rayonnement électromagnétique peuvent également être utilisées dans diverses applications d’imagerie.

De l’observation du climat et de la topographie de surface de la Terre au contrôle des bagages dans les aéroports, les micro-ondes peuvent nous aider à voir des choses qui peuvent être cachées. En effet, différentes fréquences de micro-ondes peuvent pénétrer des objets qui bloqueraient normalement notre vision dans le spectre de la lumière visible, tels que les nuages ​​ou la couche externe d’une valise.

Cependant, les limites de l’imagerie micro-ondes sont la taille, le poids, la consommation d’énergie et le coût défavorables des systèmes. Ces facteurs limitent leur utilisation à des applications telles que les scanners encombrants dans les aéroports ou les gros satellites en orbite.

Mohammadreza Imani, professeur adjoint de génie électrique à l’Ira A. Fulton Schools of Engineering de l’Arizona State University, cherche à surmonter ces défis en rendant les systèmes d’imagerie par micro-ondes plus portables et accessibles.

Ses recherches se concentrent sur un domaine d’opportunité particulier pour l’imagerie micro-ondes : l’utilisation de métamatériaux, c’est-à-dire des combinaisons d’éléments ayant des motifs ou des structures uniques introuvables dans la nature, pour simplifier le matériel d’imagerie micro-ondes et faciliter la génération d’images.

Imani explique comment améliorer l’imagerie micro-ondes à l’aide de métamatériaux et comment cette nouvelle façon de « voir » peut aider à inspecter les bâtiments, aider aux efforts de recherche et de sauvetage, accélérer la sécurité des aéroports et même aider à nos propres projets de rénovation domiciliaire.

Question : Quel est le grand défi avec les systèmes d’imagerie micro-ondes que vous abordez ?

La complexité des systèmes d’imagerie actuels provient de plusieurs facteurs. Un élément crucial est le matériel d’antenne.

Pensez à un système de contrôle de sécurité dans un aéroport. Ce système dispose d’un bras mécanique équipé de nombreuses antennes qui scannent autour de la personne. Bien qu’il puisse capturer des images fantastiques, il est coûteux, encombrant et lent.

Les métamatériaux offrent un moyen simple d’obtenir plusieurs mesures d’une scène d’intérêt particulière. Essentiellement, ils peuvent alléger le besoin de mouvement mécanique ou d’utiliser de très grands réseaux d’antennes.

Les métamatériaux sont constitués de nombreuses inclusions, ou composés encapsulés dans la structure du matériau, qui résonnent lorsqu’une onde électromagnétique interagit avec eux. Leur réponse de résonance détermine les motifs générés.

En concevant des structures de métamatériaux qui présentent des réponses de résonance spécifiques en fonction de la fréquence ou des signaux électroniques, nous pouvons générer divers modèles qui interrogent la scène d’intérêt et obtiennent plusieurs mesures de la scène.

De cette manière, nous pouvons remplacer plusieurs antennes par une seule qui est façonnée avec des structures en métamatériaux. Lorsque nous réduisons le nombre d’antennes et le mouvement mécanique, nous pouvons rendre les systèmes d’imagerie plus rapides et plus simples.

Question : De quelle autre manière les métamatériaux répondent-ils aux défis de l’imagerie micro-ondes ?

Nous pouvons tirer parti des interactions dynamiques et diverses des métamatériaux avec une scène pour obtenir suffisamment de mesures pour former une image même à une seule fréquence. D’autres systèmes d’imagerie utilisent plusieurs fréquences sur une large bande passante.

La bande passante, ou la gamme de fréquences électromagnétiques utilisées, est généralement un énorme goulot d’étranglement en imagerie micro-ondes. De nombreux appareils fonctionnent dans les micro-ondes, allant des fours à micro-ondes aux radars de reconnaissance. Lors de l’utilisation d’une large bande passante pour l’imagerie micro-ondes, nous augmentons les chances d’interférer avec d’autres appareils. Une large bande passante augmente également généralement la complexité et le coût des appareils. De plus, dans le cas de l’imagerie à travers des surfaces, l’utilisation d’ondes électromagnétiques à large bande peut provoquer une distorsion de l’image.

L’utilisation d’une seule fréquence, ou d’une bande passante très étroite, résout les problèmes liés à la large bande passante, c’est là que mes recherches entrent en jeu. Les métamatériaux reconfigurables offrent un moyen simple de réaliser des systèmes d’imagerie qui utilisent une seule fréquence.

Question : En quoi votre approche du développement de la technologie d’imagerie est-elle innovante ?

L’innovation au cœur de l’utilisation de métamatériaux pour obtenir diverses mesures provient de l’application de l’imagerie informatique. Dans ce cadre, le post-traitement informatique est utilisé pour récupérer l’image souhaitée au lieu de s’appuyer uniquement sur des composants matériels.

Ce changement de rôles présente d’immenses avantages en termes de vitesse d’imagerie et de complexité matérielle, et il nous permet d’utiliser du matériel non conventionnel tel que les métamatériaux.

Question : Pouvez-vous « voir » à travers les murs avec cette technologie ?

Voir à travers les couches a toujours été une idée fascinante dans la science-fiction. Cependant, ce n’est pas tout à fait ce qui est possible lorsque nous utilisons l’imagerie micro-ondes pour voir à travers des couches opaques. Les images résultantes peuvent ne pas être facilement interprétables par l’œil humain, mais les mesures qu’elles produisent contiennent beaucoup d’informations.

Les images obtenues à l’aide de l’imagerie par micro-ondes peuvent être utilisées pour examiner l’intégrité structurelle, détecter les dommages structurels, tels que les fuites d’eau et les fissures ; localiser des éléments d’intérêt, tels que des tuyaux ou des poteaux ; ou trouver et compter le nombre d’humains au-delà des murs, par exemple, lors d’opérations de sauvetage. Vous pouvez également utiliser l’imagerie par micro-ondes pour inspecter des colis ou des sacs à dos, par exemple, pour détecter des menaces cachées.

Question : Comment la technologie d’imagerie par micro-ondes peut-elle être utilisée pour garantir la sécurité des infrastructures ?

L’imagerie par micro-ondes permet une évaluation et une surveillance non destructives et généralement sans contact de différentes couches d’infrastructure.

Il peut même fournir des informations sur les couches optiquement invisibles. Par exemple, il peut détecter des fissures qui peuvent être invisibles à l’œil nu ou fournir des informations sur la profondeur d’une fissure. Si nous pouvons rendre un système d’imagerie par micro-ondes plus facilement déployable et portable, il peut être utilisé dans une gamme d’applications, comme l’examen de l’intégrité des bâtiments et l’aide aux projets de restauration et de réparation.

Question : Comment peut-il être utilisé dans les opérations de recherche et de sauvetage ?

Les micro-ondes sont réfléchies par le corps humain, mais elles traversent la plupart des autres couches optiquement opaques, telles que les bâtiments et les tissus. Cela signifie qu’un appareil d’imagerie à micro-ondes peut en principe localiser une personne en “regardant à travers” les murs ou les épaves lors de catastrophes telles que des tremblements de terre, des effondrements de bâtiments ou des incendies. Pour généraliser ces potentiels, nous devons améliorer la vitesse et la taille des systèmes d’imagerie micro-ondes, ainsi que les techniques de traitement d’images associées.

Question : Sinon, comment cette technologie d’imagerie pourrait-elle améliorer la vie des gens ?

Si nous pouvons accélérer l’acquisition de données, nous pouvons éliminer le besoin du processus stop-and-go utilisé actuellement dans les aéroports. L’imagerie par micro-ondes peut être utilisée dans des endroits surpeuplés comme les stades, les gares, les écoles, les hôpitaux et plus encore en tant que dispositif de contrôle de sécurité simple et rapide. Lorsque les passagers traversent un couloir, le système d’imagerie à micro-ondes peut détecter des objets suspects. Gardez à l’esprit que l’imagerie par micro-ondes peut également voir à travers les sacs à dos et les bagages. L’imagerie micro-ondes rapide et abordable peut ainsi détecter les menaces potentielles dissimulées dans les sacs à dos dans les zones surpeuplées, sans que tout le monde ne les enlève.

Sur une base domestique, un système d’imagerie par micro-ondes rapide et déployable peut être utilisé dans des projets de bricolage, des réparations, des inspections ou simplement pour le plaisir. Lors du démarrage d’un projet de bricolage ou d’une inspection d’une maison, on veut connaître le matériau derrière les murs, les toits ou les plafonds. Par exemple, l’isolation s’est-elle installée ? Y a-t-il des fuites d’eau ? Y a-t-il un tuyau ou un fil derrière le mur que je suis sur le point de percer ? Une caméra micro-ondes abordable peut apporter des réponses à de tels problèmes.

On peut aussi simplement utiliser la caméra micro-ondes pour des applications amusantes, comme vérifier comment votre pied rentre dans une chaussure ou découvrir le contenu de vos cadeaux avant de les ouvrir.


Une nouvelle puce prête à permettre l’imagerie micro-ondes portable


Fourni par l’Université d’État de l’Arizona

Citation: Les micro-ondes améliorent les systèmes d’imagerie et accélèrent l’évaluation des infrastructures (2021, 2 septembre) récupéré le 2 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-microwaves-imaging-hasten-infrastructure.html

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