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Emergences

Lettre d'information n° 38

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Des capteurs corporels sans fil, intelligents et économes

Estimer les mouvements, les postures et les gestes du corps humain s'avère utile dans quantité de domaines allant de l'entrainement sportif à la ré-éducation physique. Mais comment acquérir ces données sans recourir à du matériel encombrant ? Le réseau de capteurs sans fil corporel constitue une alternative prometteuse. Il est connu sous l'acronyme BAN (Body Area Network). Elaborée dans le cadre du projet CominLabs BoWi*, Zyggie est une plateforme innovante destinée à ce type de réseau. Pour abaisser considérablement la consommation électrique du système, elle s'appuie sur le calcul distribué et la mesure des distances par communications radio.

Estimer les mouvements, les postures et les gestes du corps humain s'avère utile dans quantité de domaines allant de l'entrainement sportif à la ré-éducation physique. Mais comment acquérir ces données sans recourir à du matériel encombrant ? Le réseau de capteurs sans fil corporel constitue une alternative prometteuse. Il est connu sous l'acronyme BAN (Body Area Network). Elaborée dans le cadre du projet CominLabs BoWi*, Zyggie est une plateforme innovante destinée à ce type de réseau. Pour abaisser considérablement la consommation électrique du système, elle s'appuie sur le calcul distribué et la mesure des distances par communications radio.

Les scientifiques capturent les mouvements corporels depuis déjà deux décennies. Pour ce faire, ils utilisent diverses techniques allant du système par caméras infra-rouge aux combinaisons textiles truffées de capteurs inertiels reliés par des fils. Chaque approche présente ses avantages. Néanmoins, aucune d'entre-elles ne saurait se prétendre extraordinairement pratique.

 “C'est pour cela que nous avons opté pour des capteurs sans fil,” explique  Olivier Sentieys, responsable de Cairn. Basée à Lannion et spécialisée dans les architectures de calcul pour systèmes sur puce à faible consommation électrique, cette équipe-projet Inria (1) s'est associée au Lab-STICC de Brest et à l'IETR (2) de Rennes dans le cadre d'un projet du CominLabs (3) baptisé BoWi. Objectif : concevoir un réseau corporel de pointe qui puisse estimer précisément les gestes et les mouvements tout en respectant des contraintes énergétiques drastiques.

 Zyggie  est la plateforme BAN née de ce travail. Elle se compose de plusieurs capteurs sans fil que l'on sangle sur différentes parties du corps. Dans chacun de ces appareils se nichent trois capteurs inertiels : un accéléromètre, un gyromètre et un magnétomètre. On les appelle aussi des IMU (Inertial Measurement Units). Ils voisinent avec un processeur embarqué et un module radio basse consommation chargé de transmettre les données à un élément coordinateur lui-même relié à un ordinateur ou un smartphone.

Mais les deux principales innovations résident ailleurs. “Tout d'abord, nous utilisons la transmission radio pour mesurer la distance entre les appareils afin d'améliorer la précision de la localisation 3D et éviter la dérive des capteurs inertiels. On peut déduire la distance soit en se basant sur la vitesse de propagation du signal, soit en mesurant la puissance du signal reçu. Nous avons opté pour cette deuxième méthode. Certes, cela n'est pas extrêmement précis, mais cela reste suffisant pour estimer les distances dans notre contexte.

Minimiser les communications

La deuxième nouveauté concerne la fusion de données et le calcul distribué. “Chacun des appareils combine les données inertielles avec les informations sur la puissance du signal radio. Ce qui lui permet de calculer sa position par rapport à ses voisins, puis de transmettre le résultat. Effectuer ainsi le calcul localement plutôt que de transmettre les données brutes à une unité centrale abaisse considérablement la consommation d'énergie.” Dans l'avenir, cette architecture basse consommation devrait aussi faciliter le remplacement de la traditionnelle batterie par un système de captage d'énergie corporelle.

Lancé en 2012, le projet BoWI est déjà bien avancé. “Nous avons un prototype qui fonctionne. La plupart de nos expériences s'achèvent à la fin de l'année. Nous disposerons alors de beaucoup de métriques. Mais d'ores et déjà, il apparaît que cette technologie a atteint un niveau de maturité qui permettrait de la transformer pour en faire un produit.

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Notes :

 (1) Située à Lannion et Rennes,  Cairn est une équipe-projet Inria Rennes - Bretagne Atlantique, École normale supérieure de Rennes, CNRS, Université Rennes 1, commune à l'Irisa (UMR6074).

 (2) Basé à Brest, le Lab-STICC est le Laboratoire des Sciences et Techniques de l'Information, de la Communication et de la Connaissance. Il travaille en particulier sur les réseaux de capteurs.  L'IETR  est l'Institut d'Électronique et de  Télécommunications de Rennes.

 (3) BoWI est un projet soutenu par CominLabs, un laboratoire d'excellence (Labex) spécialisé en STIC situé sur les régions Bretagne et Pays de la Loire. Les scientifiques impliqués dans BoWi sont des membres d'Inria, du CNRS, de l'Université Rennes 1, de l'UBS, d'Insa Rennes et de Telecom Bretagne.