Poussière intelligente

Pourquoi les grandes innovations de l'avenir sont de taille microscopique

Sam Ballard
30 June 2017

5 minutes

Des agriculteurs qui peuvent surveiller de vastes étendues de terres, aux amputés qui peuvent bouger des membres artificiels, des solutions en cours d'élaboration dans plusieurs secteurs ont une innovation en commun : la poussière intelligente. Compass examine la raison pour laquelle les scientifiques et les grandes entreprises misent gros sur des ordinateurs aussi minuscules que des grains de sable.

Un essaim d'ordinateurs microscopiques semblent relever du domaine de la science-fiction. Mais la technologie de la « poussière intelligente » est désormais une réalité, avec de nouvelles applications dans un éventail de secteurs, de l'agriculture à la santé. Les compagnies pharmaceutiques et les constructeurs leaders dans le monde étoffent leurs équipes et parient gros sur ce qui deviendra, d'après les chercheurs, dont Gartner, les technologies les plus importantes du monde.

La poussière intelligente que l'on peut sans risque classer dans l'Internet des objets (IoT) ou l'Internet industriel des objets (IIoT), est faite d'un réseau de capteurs minuscules - chacun de la taille d'un grain de sable - qui communiquent avec une interface informatique à distance par ondes radio ou ultrasons, relayant ainsi des données telles que la température, les vibrations ou, lorsqu'elle est utilisée à l'intérieur du corps humain, les niveaux d'hormone.

Ces informations engendrent ensuite une réponse directe à partir d'un ordinateur central, avec des applications aussi diverses qu'un système d'alerte précoce pour les volcans en éruption ou une interface qui peut mettre en garde un diabétique sur ses niveaux de sucre dans le sang.

POURQUOI UN TEL ENGOUEMENT ?

Selon Rob Milner, directeur des systèmes intelligents au sein de la société de conseil britannique Cambridge Consultants, le potentiel de cette technologie est remarquable. « On pourrait ensemencer des montagnes de capteurs de température minuscules qui agiraient comme système d'alerte précoce d'avalanche, et pulvériser les champs avec de la poussière intelligente pour recevoir en temps réel des informations sur la température du sol et la teneur en humidité », précise-t-il.

Depuis 2013, Gartner classe les poussières intelligentes dans sa liste Hype Cycle for Emerging Technologies, éveillant ainsi l'intérêt de tous pour cette technologie. Gartner estime qu'il faudra encore plus de 10 ans pour que la technologie atteigne la phase d'adoption généralisée, ce qui l'inscrit sur la même courbe que l'impression 4D, les interfaces cerveau-ordinateur et les véhicules autonomes.

« Compte tenu de sa vaste gamme d'applications et d'avantages potentiels, nous estimons que cette technologie aura un effet transformateur sur tous les secteurs d'activité et sur la vie des gens en général », souligne Ganesh Ramamoorthy, analyste chez Gartner dans le 2016 Gartner Hype Cycle Report for Emerging Technologies.

TAILLE ZÉRO, CONSOMMATION ZÉRO, COÛT ZÉRO

Le concept de poussière intelligente a été développé dans l'atelier RAND en 1992, puis dans une série d'études ISAT (Information Science And Technology) de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) au milieu des années 1990 pour explorer ses applications militaires potentielles. En 1997, Kristofer Pister, Joe Kahn et Bernhard Boser, tous de l'Université de Berkeley en Californie, ont soumis à la DARPA une proposition de recherche.

Kristofer Pister poursuit ensuite les études et cofonde Dust Networks, une société dont le but était de maîtriser la technologie de poussière intelligente afin de la commercialiser. Dust Networks a ensuite été rachetée par la société californienne Linear Technology, qui à son tour a été vendue à la société internationale de semi-conducteurs Analog Devices basée à Norwood, dans le Massachusetts.

« En travaillant sur la miniaturisation des robots, j'ai découvert que les capteurs sans fil suivaient des courbes exponentielles tendant vers zéro, c'est-à-dire taille zéro, consommation zéro et coût zéro », explique Kristofer Pister. « À l'époque, l'adjectif ’smart’ (intelligent) était très à la mode à Los Angeles - autoroutes intelligentes, bombes intelligentes, maisons intelligentes, etc. Et c'est donc, sur le ton de la plaisanterie, que j'ai commencé à dire aux gens que j'allais fabriquer de la poussière intelligente. Mais ce nom a éveillé la curiosité, et il est resté. »

Selon Kristofer Pister, le potentiel des poussières intelligentes dans des applications médicales et l'agriculture est extrêmement intéressant. « Les applications agricoles pourront permettre d'augmenter le rendement des cultures tout en réduisant les besoins en eau, engrais et pesticides », explique-t-il. « En médecine, la poussière intelligente pourrait améliorer la qualité de vie des personnes atteintes d'affections neurologiques et nous aider à comprendre comment le cerveau fonctionne. »

POUR LE CORPS HUMAIN

Michel Maharbiz, professeur d'ingénierie électrique et d'informatique à l'Université de Berkeley en Californie, examine l'un de ces défis : quels bienfaits la poussière intelligente pourrait-elle apporter au domaine médical.

« En ce moment, le développement d'interfaces bidirectionnelles avec le système nerveux humain suscite un grand intérêt », souligne Michel Maharbiz. « Par système nerveux, j'entends le cerveau, le système nerveux central et les nerfs périphériques et les nombreuses fonctions qu'ils exécutent - de la lutte contre l'inflammation à la connexion avec tous vos organes. »

Michel Maharbiz et son équipe ont réussi à implanter des capteurs à proximité d'organes, de voies digestives et de muscles. Les capteurs contiennent un cristal piézoélectrique qui convertit les vibrations ultrasonores de la surface du corps en électricité. Cette électricité excite ensuite un transistor qui est en contact avec l'organe, le muscle ou le nerf. Ce sont les impulsions électriques produites par le corps qui modifient les vibrations du cristal. Le cristal recueille des informations sur le changement de modèle, ou rétrodiffusion, qui sont ensuite traduites par des algorithmes informatiques, déchiffrant ainsi des métriques clés du corps humain tels que les niveaux d'hormones.

« Cette recherche présente un intérêt pour les neurosciences fondamentales, mais aussi pour des applications dans les prothèses du futur et pour soulager les symptômes des personnes atteintes de troubles moteurs tels que la maladie de Parkinson », déclare Michel Maharbiz. « Nous avons aussi réalisé que beaucoup, vraiment beaucoup de dysfonctionnements pourraient être traités par stimulation nerveuse périphérique, comme l'appétit, le contrôle de la vessie, etc.

C'est ce potentiel, indique Michel Maharbiz, qui a poussé le géant de l'industrie pharmaceutique GSK (anciennement GlaxoSmithKline) et le leader de la technologie Verify Life Sciences, à créer ensemble Galvani Bioelectronics, une société installée à Stevenage, dans le Hertfordshire, en Angleterre, qui se spécialise dans le développement de médicaments bioélectroniques utilisant la technologie de la poussière intelligente. « Nous développons l'expertise nécessaire pour placer de petits appareils à l'intérieur du corps humain », déclare Kriss Famm, président de Galvani Bioelectronics. « Ils seront programmés pour lire et modifier les signaux électriques voyageant le long des nerfs. L'objectif est de gérer les signaux pour guérir les patients », ajoute-t-il.

Pendant ce temps, Elon Musk, fondateur de Tesla et de SpaceX, a créé la société Neuralink à San Francisco. Selon The Economist, qui a lu la demande de dépôt de marque de la société, Neuralink a pour objectif de créer « des dispositifs invasifs pour le diagnostic ou le traitement des maladies neurologiques ».

UNE QUESTION DE TEMPS

En ce qui concerne des applications plus larges de la poussière intelligente, la société Dust Networks cofondée par Kristofer Pister a déjà obtenu un certain succès.

Joy Weiss, président et CEO de Dust Networks, travaille depuis une dizaine d'années au développement d'applications concrètes de la poussière intelligente en milieu industriel. Par exemple, les réseaux de capteurs de Dust Networks sont maintenant installés dans la raffinerie de pétrole de Chevron en Californie, et l'usine de GSK à Cork, en Irlande, utilise également un réseau maillé sans fil pour surveiller ses réservoirs de stockage d'eau.

« S'il est possible de combiner la fiabilité des lignes filaires avec l'économie du sans fil - autrement dit, placer un capteur n'importe où - alors les applications sont illimitées », a déclaré Joy Weiss lors d'un entretien avec ARC Advisory Group, une société de recherche technologique internationale. Selon elle, les communications sans fil améliorent également l'économie de la poussière intelligente. Dust Networks peut installer ses applications sans fil en quelques heures au lieu de plusieurs semaines pour les systèmes câblés.

Cependant, Kristofer Pister s'empresse de souligner que « la plupart des stratèges commerciaux en ce moment sont en train de faire les mêmes erreurs qu'il y a 15 ans ». Comme Gartner, cependant, il est convaincu que le secteur de la poussière intelligente va dépasser la courbe d'apprentissage et jouer un rôle incontournable dans la vie des générations futures. ◆

Pour en savoir plus sur la façon dont les solutions Dassault Systèmes permettent l'innovation basée sur l'expérience, rendez-vous sur :
http://3ds.one/Hightech17

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