Imaginez que les médecins puissent capturer des projections tridimensionnelles d’examens médicaux, les suspendre à l’intérieur d’un cube en acrylique pour créer une reproduction portable du cœur, du cerveau, des reins ou d’autres organes d’un patient. Ensuite, une fois la visite terminée, un rapide jet de chaleur efface la projection et le cube est prêt pour l’examen suivant.
UN rapport dans le journal Chimie Une étude menée par des chercheurs de Dartmouth et de la Southern Methodist University (SMU) décrit une avancée technique qui pourrait permettre de tels scénarios, ainsi que d’autres d’une utilité généralisée.
L’étude présente une technique qui utilise un projecteur de lumière spécialisé pour imprimer des images bidimensionnelles et 3D à l’intérieur de tout polymère contenant un additif chimique photosensible développé par l’équipe. La gravure à base de lumière reste dans le polymère jusqu’à ce que la chaleur soit appliquée, ce qui efface l’image et la rend à nouveau prête à être utilisée.
En bref, les chercheurs écrivent avec la lumière et effacent avec la chaleur ou la lumière, explique Ivan Aprahamian, professeur et titulaire de la chaire de chimie à Dartmouth et coauteur correspondant de l’étude. Lors d’essais, les chercheurs ont produit des images haute résolution dans des polymères allant de films minces à 15 cm d’épaisseur.
Les chercheurs sont capables de produire des images tridimensionnelles et animées basées sur la lumière dans des polymères allant de films minces à 15 cm d’épaisseur. Ils projettent des tranches d’images bidimensionnelles originales jusqu’à ce que les tranches se combinent pour former une image 3D ou animée complète. Les travaux futurs portent sur l’amélioration du processus de création d’images animées. Crédit : Ivan Aprahamian
Selon Aprahamian, cette technologie est destinée à toutes les situations où il peut être essentiel de disposer de données visuelles détaillées et précises dans un format compact et facilement personnalisable, comme la planification d’opérations chirurgicales et le développement de conceptions architecturales. L’appareil pourrait également être utilisé pour générer des images 3D à des fins éducatives et même pour créer des œuvres d’art, ajoute-t-il.
« C’est comme une impression 3D réversible », explique Aprahamian. « On peut prendre n’importe quel polymère qui possède les propriétés optiques optimales (c’est-à-dire qu’il est translucide) et l’améliorer avec notre commutateur chimique. Ce polymère devient alors un écran 3D. On n’a pas besoin de casques de réalité virtuelle ni d’instruments compliqués. Tout ce qu’il faut, c’est le bon morceau de plastique et notre technologie. »
Des polymères facilement disponibles, comme un cube en acrylique, pourraient être transformés en écran grâce à l’ajout d’un « interrupteur » chimique sensible à la lumière, mis au point par Aprahamian et Qingkai Qi, chercheur postdoctoral à Dartmouth et premier auteur de l’étude. L’interrupteur est constitué d’un composé appelé azobenzène qui réagit à la lumière associé à du difluorure de bore, ce qui améliore les propriétés optiques de l’interrupteur.
Une fois intégré à un polymère, le commutateur réagit aux longueurs d’onde de lumière rouge et bleue émises par un projecteur développé dans le laboratoire d’Alex Lippert, professeur de chimie à la SMU et co-auteur correspondant de l’étude. Joshua Plank, co-auteur de l’étude, est doctorant dans le laboratoire de Lippert. La lumière rouge agit comme de l’encre en activant l’additif chimique pour créer l’image, explique Aprahamian. La lumière bleue peut ensuite être utilisée pour l’effacer.
Le projecteur illumine le polymère traité sous différents angles avec différents motifs lumineux, explique Lippert. Le produit chimique photosensible développé dans le laboratoire d’Aprahamian à Dartmouth est activé là où ces motifs se croisent pour produire des motifs en 3D.
Créer des projections 3D à partir d’images 2D telles qu’une radiographie thoracique signifierait projeter des tranches de l’image originale dans un cube en polymère ou une autre forme jusqu’à ce que les tranches se combinent pour former l’image 3D complète, explique Lippert.
Les chercheurs ont pu produire des images animées à partir de polymères et les travaux futurs visent à améliorer ce procédé. En attendant, la technologie décrite dans Chimie pourrait être développé pour une utilisation pratique dans sa forme actuelle, par exemple pour l’industrie ou les soins de santé.
« La mise à l’échelle nécessite d’ajuster les propriétés du commutateur chimique pour améliorer la résolution, le contraste et la fréquence de rafraîchissement », explique Lippert. « Le système de projection peut en principe être mis à l’échelle et développé en un système clé en main avec du matériel automatisé et des logiciels associés pour une utilisation facile. »
Plus d’informations :
Un écran volumétrique 3D portable photocommutable, Chimie (2024). DOI : 10.1016/j.chempr.2024.07.012. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00355-3