Laser shoes, educational tool to learn more about our environment.

L'idée de notre premier projet était de concevoir des chaussures capables de reconnaître la présence de certains microorganismes directement dans notre environnement. En effet, ces chaussures auraient été destinées aux élèves et curieux pour prendre conscience de la présence des être-vivants de petites tailles autour de nous au quotidien. De plus, les données obtenues grâce à ce type de chaussures peuvent être reliées à d’autres données concernant l’environnement comme le pH, l’humidité etc. Ainsi, il est possible de mettre en relation les enjeux et paramètres environnementaux avec la présence des microorganismes dans des endroits spécifiques.


Nous avons pensé à plusieurs processus d'analyse  :

  • Utilisation de lasers protégés dans la chaussure et connectés à une application afin d'identifier des bactéries pigmentées (donc possédant une longueur d’onde particulière et identifiable). Cette méthode s’inspire des spectrophotomètre.
  • Utilisation des ultrasons, de la même manière qu’une échographie, nous permettant de localiser la bactérie grâce à un signal spécifique aux bactéries.

Toutefois, et malgré notre motivation, nous avons dû prendre du recul sur notre projet pour constater que certains points ne pouvaient marcher. En effet, il est difficile de produire un “écho”, c’est à dire un signal provenant de la bactérie à l’aide de la spectrophotométrie. De même l’utilisation des ultrasons demande une précision et l’isolation de l’échantillon. En effet, le bruit provenant des éléments environnants risquent de masquer celui d’une petite bactérie. De part les contraintes physico-chimiques ainsi que pratiques et budgétaires imposées, nous avons dû abandonné notre projet.

 

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Ultrasounds probe, density analysis of materials to create music.

 

Le principal objectif de ce second projet était de créer un outil émetteur-récepteur à ultrasons dans une installation Arduino afin de mesurer des données de densité de matériaux quelconques tels que les troncs d'arbres et les convertir en une sortie sonore voire musicale.


Nous avons pensé à utiliser une sonde à ultrason pour “voir” ou quantifier les différentes couches d’un arbre. En effet, chaque arbre possède ses propres caractéristiques en fonction de son âge mais surtout en fonction de son environnement. C’est pourquoi, il peut être intéressant d’imaginer une installation capable d’analyser la densité de chaque couche d’un arbre pour pouvoir le comparer avec les données environnementales. Ainsi, un parallèle avec des questions d'enjeux actuels comme la pollution et le développement de l’arbre pourraient être étudié.

Nous voulons donc utiliser une sonde à ultrasons car ces derniers sont capables de se propager à travers les différentes couches de différentes densités des matériaux comme le montre l'application médicale en échographie. Chaque strie circulaire d'un tronc d'arbre ayant une densité différente, nous obtiendrons un signal caractéristique de l'arbre suivant son âge et par conséquent son nombre de stries.

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  • Recherche d'un matériel nécessaire pour tester l’émission et la réception d'ultrasons par une installation Arduino.

--> Matériel à disposition : Arduino PING, UNO + 2 capteurs piézos + un télémètre + fils.

On cherche désormais à tester notre télémètre avec Arduino. Pour cela, nous avons recherché un code test sur Internet qui mesure le temps entre l’envoi et la réception de l’onde ce qui nous permet de trouver la distance entre l’objet étudié et le télémètre.

Le code : cliquez ici pour voir le lien .

Notre sonde à ultrasons pour la densité du sol étant composé principalement d’un émetteur/récepteur d’ondes ultrasonores, aussi nommé transducteur, il est nécessaire d’en comprendre son utilisation et son fonctionnement.

Un transducteur est un dispositif convertissant un signal physique en un autre ; par exemple un signal lumineux en signal nerveux (vision animale) ou signal électrique (photorécepteur).(1)

Dans notre cas, on utilise deux transducteurs, l’un transforme une fréquence électrique en ultrason, l’autre reçoit des ultrasons et les transforme en courant électrique. Nous allons utiliser les ultrasons de diagnostic, de 1 à 10 MHz. Ils permettent de déterminer les caractéristiques physico-chimiques du milieu qu'ils traversent. Ces propriétés sont utilisées en imagerie médicale et en contrôle non destructif de matériaux. Proposant de même une sortie sonore (musicale si possible !), il est intéressant de s’interroger sur le type d’onde que l’utilisateur sera apte à pouvoir entendre.

Selon Wikipédia, “l'oreille humaine moyenne ne perçoit les sons que dans une plage de fréquences allant d'environ 16 Hz pour les basses ou graves profondes à 15 à 18 kHz pour les aiguës les plus fines et élevées(2).

En dessous de 16 Hz, on parlera d’infrasons alors qu’au-dessus de 20 kHz on parlera d’ultrasons, ondes qui nous intéressent particulièrement dans notre cas puisqu’elle participent directement au fonctionnement du transducteur (voir plus haut).

  • Test du télémètre avec Arduino Uno.

Suite à nos expérimentations, nous savons que ce type d’outil nous renvoit la distance entre l’émetteur et l’objet le plus proche. Malheureusement, cela est peu intéressant car nous cherchons à étudier des objets et matières en profondeur et étudier leur densité.

Nous nous penchons donc sur le fonctionnement des appareils à échographie qui utilise des sondes à ultrasons pour analyser des éléments suivant leur densité (3). Malheureusement, une sonde de diagnostique coûte bien trop cher. Nous avons donc abandonné notre projet du fait de la contrainte budgétaire imposée …


SOURCES

(1) https://fr.wikipedia.org/wiki/Transducteur

(2) https://fr.wikipedia.org/wiki/Son_(physique)#Audition_humaine

(3) https://fr.wikipedia.org/wiki/Ultrason