L’économie basée sur les capteurs

Quand de minuscules capteurs électroniques transforment nos vies. Chaque jour, à chaque instant, ces équipements aussi petits qu’essentiels transforment les flux de données pour permettre une prise de décision capitale.

Les avantages peuvent être immenses. Ces dernières années, les capteurs se sont illustrés comme la bougie d’allumage du moteur de l’Internet des objets (IdO). Des centaines de milliards de capteurs sont déjà intégrés à une multitude d’objets physiques en réseau, offrant des possibilités infinies, des appareils sophistiqués qui surveillent à distance la fréquence cardiaque et la prise de médicaments aux systèmes qui retrouvent les clés perdues, éteignent votre four depuis votre smartphone ou maintiennent les plantes d’intérieur en vie.

Et ce n’est qu’un début.

« La prochaine étape de cette nouvelle ère de métadonnées verra l’apparition de modèles dont personne ne soupçonnait l’existence », explique Brian Ream, principal field applications engineer de l’unité Sensors chez TE Connectivity. « Les capteurs nous permettent de collecter, de synthétiser et de comprendre très rapidement d’immenses volumes de données. » Et face au nombre croissant d’objets intelligents et interconnectés, les ensembles de données qu’ils produisent ouvriront tout un monde d’opportunités. Les chercheurs d’un certain nombre de secteurs pourraient fournir des prédictions et des informations plus précises concernant le monde qui nous entoure. Il leur faudrait pour cela réunir et comprendre les informations qui circulent. Dans les économies émergentes du monde entier, la technologie basée sur les capteurs peut favoriser le développement socio-économique et renforcer le potentiel de compétitivité des pays sur la scène internationale. Le SWEETLab de l’Université d’État de Portland travaille sur un certain nombre de projets visant à faciliter la vie dans les environnements difficiles et attirer l’attention sur ce que le laboratoire appelle « l’Internet des objets brisés ». Ils ont utilisé des capteurs dans divers projets allant des pompes à eau au Kenya aux filtres à eau en Indonésie en passant par les cuisinières en Inde. De même, dans des petites exploitations au Vietnam, l’« agriculture intelligente » basée sur l’IdO assure une production plus efficace, protège les exploitations contre les nuisibles et les fluctuations météorologiques et améliore la qualité des cultures. Les capteurs surveillent les niveaux d’irrigation, la distribution d’engrais et les fluctuations de température, tout en réduisant les coûts et les risques de maladie.

Pour de nombreux experts, ces méta-développements sont les développements les plus passionnants dans le domaine des capteurs. « On peut facilement s’enthousiasmer pour les nouveaux développements dans la technologie des capteurs de pointe, mais on n’aurait alors qu’une partielle du tableau », explique Chris Curran, responsable de la technologie chez PricewaterhouseCoopers. « Le véritable avantage, qui est aussi le plus grand défi, viendra de l’utilisation des données et de la valeur que vous tirerez des informations collectées. Ce sont les clés de ce royaume. »

L’objectif de tout capteur est assez simple : collecter des informations (vibrations, température, pression, tension) qui peuvent être injectées dans des algorithmes et des analyses pour améliorer la prise de décision en temps réel. Plus les capteurs collectent de données, plus l’analyse en temps réel de ces informations sera juste. Les capteurs ont été initialement développés pour les grandes plates-formes industrielles coûteuses, telles que les moteurs à réaction, afin d’identifier les pièces défectueuses dans les produits des semaines avant qu’elles ne tombent en panne. « La plupart des capteurs ont d’abord été utilisés dans les systèmes de sécurité », explique Steve Merkt, president of transportation solutions chez TE Connectivity. « Ils ont ensuite trouvé des applications dans d’autres secteurs. »

Selon les chercheurs, il y aura près de 6,4 milliards d’objets connectés cette année, soit une hausse de 30 % par rapport à 2015. Et ce chiffre devrait augmenter pour atteindre 20,8 milliards d’ici 2020. L’IdO est en passe de connecter 50 milliards d’objets « intelligents » d’ici 2020 et 1 000 milliards de capteurs dans la foulée, selon la National Science Foundation.

Les appareils équipés de capteurs génèrent déjà d’immenses volumes de données. Les experts de l’industrie estiment que nous créons chaque jour un volume d’informations équivalent à celui généré entre l’aube de la civilisation et 2003. Certains estiment même que 90 % des données mondiales ont été créées au cours des deux dernières années seulement. Aujourd’hui plus que jamais, l’analyse en temps réel est devenue essentielle, car les informations issues des données continuent de mettre au jour de nouvelles efficacités dans la façon dont nous travaillons et fabriquons des biens.

« À bien des égards, nous envisageons une économie basée sur les capteurs », explique Bob Brumley, directeur général de Pegasus Global Holdings, une société de développement technologique basée à Washington. « Les capteurs deviennent une plate-forme sur laquelle nous pouvons bâtir une multitude d’opportunités. »

Comment ces nouvelles opportunités prennent-elles forme ? Pour le comprendre, nous avons parlé avec un certain nombre d’experts.

Les capteurs sont déjà bien établis dans le monde de la médecine, où ils sont utilisés quotidiennement dans de nombreux hôpitaux pour surveiller les informations essentielles au fonctionnement des équipements et aux soins aux patients. Dans les équipements de dialyse, par exemple, les capteurs de pression, de force et de température surveillent les paramètres critiques qui aident à maintenir le pompage du sang des patients. 

Les capteurs s’inscrivent également dans une tendance plus globale de transfert des soins à domicile, en partie parce que près de 13 millions de personnes âgées vivent seules aux États-Unis, selon ClearCare, un fabricant de logiciels pour les agences de soins à domicile basé à San Francisco. Les sociétés du secteur médical espèrent que ces dispositifs basés sur des capteurs permettront aux personnes âgées de conserver plus longtemps leur indépendance, réduisant ainsi les coûts associés au recours à des professionnels de santé. Ces outils peuvent prendre plusieurs formes : des flacons de pilules qui détectent s’ils ont été ouverts, des chaussettes qui suivent la démarche d’une personne, des appareils sous les oreillers qui enregistrent la durée de sommeil, et même des petits autocollants sur la peau qui surveillent la température corporelle. Ces informations critiques sont ensuite transmises à un clinicien qui peut prendre des mesures adaptées si cela lui semble nécessaire.

Une surveillance similaire peut être effectuée à la volée à tous les niveaux, de la tension artérielle au taux de glucose, évitant ainsi des événements potentiellement préjudiciables ou mortels.

« Le corps humain est déjà une sorte de superordinateur, avec des entrées sensorielles partout », explique Brian Ream. « Bientôt, nous pourrons mesurer des paramètres dont nous n’avons même pas encore connaissance. Plus nous pouvons capturer et mesurer de paramètres, plus nous aurons un aperçu complet de la santé d’un patient. »

D’autres produits pilotés par des capteurs peuvent également intervenir dans l’amélioration de la santé mentale. La designer et créatrice Chloe Meineck a créé une boîte à mémoire musicale destinée à aider les personnes atteintes de démence. Les utilisateurs attachent des étiquettes RFID à des objets familiers, tels qu’un prix qui leur a été remis ou un petit cadeau qu’ils ont reçu. Lorsqu’un objet est placé au centre de la boîte à mémoire musicale, un lecteur détecte le numéro RFID correspondant et joue la musique ou les sons appropriés, ce qui peut réveiller des souvenirs autrement inaccessibles chez le patient. Le projet de Meineck s’appuie sur des recherches médicales qui montrent que les souvenirs chez les personnes atteintes de démence peuvent être déclenchés par la musique, en particulier une chanson ou un son lié à leur passé.

La voiture autonome est séduisante, sans aucun doute.  Mais bien qu’elle fasse les gros titres en raison de la place de choix que lui accorde la science-fiction, elle repousse également les limites des technologies basées sur des capteurs pour rendre la conduite plus sûre et plus efficace. Pourquoi ? Parce qu’elle s’appuie sur des capteurs lidar (contraction de « light radar », radar lumineux), qui cartographient l’environnement du véhicule en 3D en faisant rebondir la lumière laser sur les objets voisins afin de les détecter et de déterminer leur proximité. Le lidar a une portée beaucoup plus réduite que le radar, mais les longueurs d’onde plus courtes génèrent une résolution largement supérieure. De nombreuses voitures autonomes utilisent un capteur lidar qui balaye 2,2 millions de points de données dans son champ de vision chaque seconde et peut localiser des objets jusqu’à 120 mètres de distance avec une précision au centimètre.

Dans le cas des véhicules autonomes, la communication sans fil connecte les véhicules entre eux et permet de surveiller l’environnement, y compris les piétons et les cyclistes, ce qui renforce la sécurité. Les agences de transport fédérales américaines pourraient exiger que toutes les nouvelles voitures soient équipées d’un système de communication de véhicule à véhicule, ou V2V, dès l’automne 2017.

Les villes peuvent être difficiles à vivre. Elles sont bruyantes, bondées et stressantes. Mais ce n’est pas une fatalité. Les capteurs enregistrent de grandes avancées en matière de santé et de réduction du stress dans les environnements urbains. Des entrepreneurs londoniens expérimentent par exemple un système de surveillance basé sur des capteurs conçu pour aider les personnes exposées à un bruit d’avion fort constant, connu pour augmenter le risque de maladie cardiovasculaire. Le système collecte des données sur le bruit à partir d’un réseau de capteurs à proximité des aéroports afin de sensibiliser aux risques pour la santé d’une exposition prolongée au vacarme des moteurs d’avion. Les créateurs espèrent pouvoir utiliser les éléments qu’ils réunissent pour lutter contre la construction d’une troisième piste à Heathrow.

Mais le projet le plus ambitieux et le plus futuriste se déroule peut-être dans une ville qui n’en est pas vraiment une. Le Center for Innovation, Testing and Evaluation (CITE) est une ville laboratoire en cours de construction dans le désert du Nouveau-Mexique, à moins de 100 km (60 miles) au nord de la frontière mexicaine. Créé par Pegasus Global Holdings, le CITE est conçu pour ressembler à une ville américaine moyenne de 35 000 habitants répartis sur environ 38 km² (15 mi²). Il comprendra de grands immeubles de bureaux, des ruelles étroites, des parcs, des maisons, des églises, une autoroute inter-États simulée, une station-service et même une grande surface. Mais personne n’y vivra.

L’objectif du CITE est de mener des expériences technologiques à grande échelle et interconnectées basées sur des capteurs dans des conditions réelles. Les expériences pourraient tourner autour des systèmes de transport intelligents (tels que la gestion du trafic basée sur l’IA et les routes remplies de véhicules de livraison sans conducteur), de la production d’énergies alternatives (y compris l’énergie solaire et géothermique), des technologies de réseau intelligent, mais aussi de collecte de données, des capteurs, de la surveillance publique, de la sécurité et des systèmes informatiques.

« Nous essayons de créer un environnement d’exploitation étendu et immersif basé sur des capteurs qui montrera l’effet d’entraînement, c’est-à-dire l’impact d’un système sur les autres systèmes », explique Bob Brumley. « Une fois que tout est connecté, les choses commencent à devenir vraiment intéressantes. »

Que ce soit dans la santé, l’urbanisme ou les transports, les capteurs jouent un rôle clé dans une nouvelle ère d’efficacité mondiale, centrée sur des machines qui apprennent et font des prédictions. Alors que de plus en plus d’appareils trouvent une nouvelle vie et une nouvelle efficacité grâce aux capteurs, il appartiendra à la prochaine génération d’ingénieurs, d’innovateurs et d’artistes d’exploiter les opportunités quasiment infinies d’un monde riche en données. En surveillant et en rassemblant les immenses volumes de données générés par les capteurs, nous pouvons prendre des décisions plus intelligentes qui rendent la vie plus saine et plus agréable.