IA - TECH : Smart Dust, la poussière intelligente en réseaux pervasifs

La "poussière intelligente" (ou "smart bust"), parfois désignée au pluriel "poussières intelligentes" pour en surligner la diversité technologique, est un nom générique pour des systèmes qui combinent des éléments nanotechnologiques ou biotechnologiques, des systèmes énergétiques et de communication. Elle est constiuée de micro systèmes autonomes ou télécommandés, qui seront progressivement placés dans l'environnement, espaces publics et privés, externes comme internes, pour le meilleur et pour le pire.

Ces systèmes seront utilisés pour la surveillance et la gestion des risques, qu'ils soient (i) biologiques pour les malades ou des personnes saines tels que sportifs, enfants ou personnes âgées, enfants, etc., (ii) de l'habitat ou des véhicules pour la température, l'humidité, les intrusions ou les chocs ..., ou (iii) géologiques et environnementaux pour les activités sismologiques, les marées et intempéries, le contrôle des incendies et des pollutions, etc. et permettront de surveiller et remonter des informations pour déclencher des régulations ou provoquer des interventions. Plus intéressant, les chercheurs travaillent à doter ces micro-capteurs de capacités locales de calcul, de mémoire et de facilités de communication autonomes et auto-alimentés par la captation du mouvement, celle de fréquences radioélectriques ou de champs magnétiques.

Issus des premiers travaux de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) des années 1990, la poussière intelligente s'apparente à un ensemble de capteurs sensoriels ou grains d'échelle nanométrique reliés entre-eux dans un réseau auto-organisé en symbiose avec l'environnement, permettant de le quantifier en temps réel. Comme ces réseaux de capteurs sont composés de MEMS (microelectromechanical systems) micro- et nano-électromécaniques, aujourd'hui de la taille d'un grain sable et bientôt complètement invisible à l’œil nu, leur utilisation pourrait être généralisée pour permettre l'élaboration de systèmes informationnels denses et largement étendus, ultra précis et multi-spécialisés, sans être perceptibles et donc sans influencer les comportements des humains étudiés ou en interraction avec le milieu.

De tels micro-capteurs intelligents de demain sont développés par plusieurs laboratoires et entreprises. Ainsi, l'université de Berkeley, Intel et plusieurs start-up de la Silicon Valley (Californie, USA) consacrent-ils leurs efforts pour de multiples applications.

L'équipe d'Intel et l'université de Berkeley ont mis au point un système d'exploitation de ces réseaux, TinyOS. Il s’agit d’un logiciel libre, d’origine universitaire et construit sur le même modèle Linux. Il peut donc être repris et amélioré par de nombreux laboratoires ou entreprises, ce qui accélère les recherches. Aujourd’hui, Il permet d’exécuter des applications n'ayant besoin que de 24 ko de mémoire, disposant de fonctions de communication sans fil, et étant capables d'analyser la pertinence des données recueillies, d’en faire le tri et de ne transmettre que les informations utiles.

Un programme de recherche financé par la DARPA prévoit que de telles poussières pourraient être dispersées par avion sur les champs de bataille, les lieux de conflits ou les zones à contrôler pour observer en permanence les déplacements des militaires adverses, des terroristes ou simplement des populations civiles. Des essais concluant ont déjà eu lieu, dans le cadre du programme militaire baptisé NEST (Network Embedded Systems Technology), sur des zones d’essai désertiques de la Californie, avec des résultats satisfaisant montrant la capacité d’auto-organisation en réseau de tels composants. Plusieurs start-up californienne, telles que Crossbow Technology financée par Intel Capital pour accélérer le développement dual de tels microcapteurs intelligents et des applications civiles, ou Dust Inc., spin-off de de Berkeley pour développer la communications de milliers de MEMS, offrent déjà des applications diverses en dehors de la sphère militaire.

Des exemples sont étudiés pour que les poussières puissent être incorporés dans les brosse à dents pour détecter les problèmes dentaires ou valoriser les comportements de brossage satisfaisants des enfants, en permettant d’avoir à la fois une information sur les smartphones de des parents et d’informer directement le dentiste qui pourra anticiper ses rendez-vous et gérer ses stocks. Ce type de régulation trouve déjà sa place dans l'automobile haut de gamme où certains véhicules communiquent avec le service de maintenance de la marque.

Crossbow estime que la commercialisation de quelques capteurs de la génération actuelle, avec une carte électronique connectée à un PC, coûte une centaine de dollars, alors que le coût de la technologie CMOS pour la poussière intelligente du futur sera inférieur à 5 centimes par millimètre carré de dispersion de la poussière, et cela dans les très prochaines années. A ce prix, on pourra noyer l’environnement sous les capteurs, et Digital Sun, une autre star-up de San Jose, va commercialiser en 2018 des nano-sondes agricoles pour renseigner en permanence sur l'état de sécheresse des sols et ainsi adapter l'irrigation ou l’arrosage automatique en augmentant la performance et en économisant l’eau.

Le marché le plus porteur reste néanmoins celui de la sécurité des biens et des personnes. On imagine des puces incorporées dès la fabrication ou placées sur les objets à protéger. On peut concevoir des badges de clients ou d’employés dotés de tels composants, avec des capteurs répartis dans les portes, les murs, plafonds ou planchers ou certains endroits stratégiques des zones ou bâtiments à surveiller. La gestion de stocks des entrepôts, le contrôle des bureaux, la surveillance des salles ou des chambres des hôpitaux ou des hôtels, des cellules des prisons, peuvent être dévolues à de tels systèmes.

La société Nox Defense propose des solutions basées sur le saupoudrage des sols par de la poussière d’identification (ID-Dust), sorte de fibres optiques nanométriques qui se collent aux semelles des intrus ou cambrioleurs sans qu’ils en aient connaissance, permettant de les retrouver et surtout de les suivre à la trace grâce à des applications cartographiques sur smartphones. Simply RFiD, la société mère de Nox Defense, rapporte que son système est déjà utilisé par certains services de renseignement contre le terrorisme, ou de sécurité des aéroports. Ces puces sont très bon marché, moins de 20 centimes l’unité, et reposent sur une technologie passive, c’est-à-dire sont indétectables par les dispositifs de contre-surveillance électronique.

Ainsi, des applications potentielles sont en train de voir le jour, avec un objectif de prévention médicale et de santé, de meilleure maitrise de l’environnement et des ressources, ou de sécurité permanente, dans des espaces pervasifs hyperconnectés. Un rapport d'EY(Ernst & Young) prévoit d’ailleurs que "nous serons bientôt équipés chacun de 10.000 micro-capteurs" et que "des milliers d'ordinateurs s'occuperont de nous, et nous ne serons plus en mesure d'intervenir directement sur chacun d'entre eux".