© Anne Mauffret/LAAS-CNRS

Les progrès des microtechnologies et de la miniaturisation des systèmes, la réduction des consommations énergétiques et la multiplication des modes de communication sans fil invitent au développement d'une « intelligence ambiante » où non seulement les machines, les systèmes et les acteurs présents mais encore les objets seront en mesure de participer à une modélisation spontanée de l'environnement. Il y a dans le développement de cette « intelligence ambiante » plusieurs niveaux d'interventions : matériaux, dispositifs élémentaires, microsystèmes, mises en réseaux, applications qui s'associent pour ouvrir de nouvelles étapes d'innovations.

Nous nous intéressons ici à l'Habitat comme lieu de vie, sur lequel nous voulons concevoir et déployer des équipements de confort, de sécurisation des biens et des personnes et de communication selon des options technologiques économes en énergie et respectueuses de l'environnement. Nos travaux dans ce domaine s'appuient sur les technologies de la microélectronique et des microsystèmes : nous y étudions de nouveaux principes de dispositifs et de nouveaux procédés d'assemblage pour aboutir à des ensembles opérationnels de systèmes de surveillance.

De manière générique, le système de surveillance est vu comme une architecture de collecte des données multicapteurs associée à un poste informatique central qui traite ces données et délivre des alertes et des alarmes. Une originalité fondamentale de ces systèmes est d'appliquer des techniques de diagnostic par apprentissage des habitudes et des comportements des usagers. Cette approche a été appliquée dans la surveillance automatique du conducteur automobile, dans la surveillance des structures puis celle des personnes. Les activités relatives à l'habitat peuvent se décliner en trois objectifs applicatifs principaux : le confort, la sécurisation des biens et la sécurisation des personnes, notamment des personnes âgées maintenues à domicile.

Confort et sécurité de l'habitat
L'applicatif est ici d'apporter à l'habitat le confort thermique (été/hiver) en s'appuyant sur l'énergie électrique, activité soutenue par EDF R&D qui a donné lieu au dépôt de brevets. Le système ERGDOM qui a découlé de ces travaux s'appuie sur la mise en œuvre dans toutes les pièces de l'habitation de capteurs de présence dont les données recueillies permettent de gérer de manière très économe l'énergie nécessaire au confort en réduisant provisoirement les consommations dans les zones inoccupées. L'ambition du système est d'être entièrement automatique grâce à des techniques d'apprentissage des habitudes et des exigences pour prédire le besoin usager dans les conditions de temps réel et commander directement les appareils de chauffage et de climatisation. La sécurisation des biens peut être traitée par un réseau de capteurs semblable à celui utilisé pour détecter la présence mais avec des traitements qui seraient axés sur la détection d'intrusions. L'accéléromètre embarqué est très intensément utilisé dans deux grands axes d'applications : la surveillance des biens et le suivi des personnes. Dans le cas de la surveillance des biens, l'accéléromètre est attaché à l'objet que l'on surveille traitement du signal, breveté, pour garantir une durée de vie de plusieurs années sur pile.

Sécurisation de personnes vulnérables
L'accélérométrie est une composante de la sécurisation des personnes notamment dans le suivi physiologique et la détection de chute. Plusieurs questions ont été étudiées : l'analyse de la qualité et la reproductibilité de la marche ; l'analyse de l'activité physique corrélée avec le rythme cardiaque... Le maintien à domicile des personnes atteintes de maladies chroniques ou des personnes âgées est un objectif socialement bien identifié qui a fait l'objet de nombreux travaux : des solutions de première génération sont en cours de test et d'évaluation (projets : PROSAFE, HOMECARE, BéA, SACHA). L'analyse des trajectoires de déambulation des patients, notamment pendant la nuit, a permis de proposer un nouveau mode de détection des chutes en détectant l'immobilité du patient. HOMECARE est un programme en cours plus ambitieux dans la mesure où il vise une surveillance de jour et de nuit, dans la chambre et dans son environnement immédiat : autres pièces de l'habitat et jardin, en faisant en sorte que le patient porte une « étiquette » pour l'identifier tout au long de ses déplacements. BéA propose une géolocalisation des patients indoor et outdoor, par la conception d'un bracelet et d'un terminal porté et de logiciels de « géofencing ». Plusieurs technologies de localisation ont été couplées à cette occasion : balises IR, Zigbee, WiFi, GPS. SACHA développe en partenariat avec la société SIGFOX un patch et un nouveau système de communication radio de très faible consommation à destination des personnes atteintes de maladies chroniques.

L'axe d'expérimentation Adream : la localisation et l'assistance aux personnes âgées
Ces trois objectifs de recherche : Confort, sécurisation des biens et des personnes vont bénéficier des installations du bâtiment expérimental Adream. Les points forts de ces démonstrations sont notamment le badge porté et l'assistance robotisée. Le développement du concept de vêtements intelligents à usage médical est fondamentalement motivé par la prévention : on envisage de l'équiper de capteurs de sécurisation et de mesures physiologiques (température, rythme cardiaque,...) et d'un système de communication en lien avec l'infrastructure du bâtiment à intelligence ambiante. La vision extrême du vêtement intelligent est le badge porté à même la peau.

Le LAAS développe un badge miniaturisé multifonctionnel comportant un accéléromètre et une interface de communication ZigBee. Cette option de badge porté à même la peau est incontournable pour les patients atteints par la maladie d'Alzheimer qui rejettent tous les systèmes habituels tels que colliers ou bracelets. Le placement dans le dos semble une bonne voie de développement qui pourra être largement exploitée par toutes les mesures physiologiques dans le cadre Adream.

Assistance robotisée
L'idée de base de l'assistance robotisée est la sécurisation ultime des systèmes complexes pouvant connaître des défaillances catastrophiques, où il faut préserver des vies humaines et sauvegarder certaines fonctionnalités vitales. La finalité ne se limite donc pas à surveiller, diagnostiquer et alerter d'un risque identifié, de défaillance grave, elle veut aller jusqu'à la sécurisation d'urgence automatique. Adream considère en priorité deux cas d'application : la sécurisation personnalisée de personnes âgées à domicile et la sécurisation de fonctions vitales ou de personnes en cas d'alerte, un incendie, par exemple. On connaît l'importance des exercices de sécurité pour anticiper les gestes à effectuer en cas d'alerte réelle : il faut être en mesure de décider d'actions rapides pour sauvegarder tout ce qui doit ou peut l'être : fonctions énergétiques, guidage des personnes par exemple où des fonctions d'assistance robotisées et de sécurisations ultimes doivent être imaginées ! Dans ce cadre, Adream sera utilisé pour explorer en particulier deux scénarii, les personnes âgées et l'évacuation de personnes.

Prenons le scénario 1, les personnes âgées. Une personne est censée vivre seule à domicile. Elle est handicapée, âgée ou atteinte d'une maladie chronique grave. Elle est surveillée par un système de capteurs distribués caractérisant son environnement et son état physiologique. Les données courantes la concernant sont collectées et disponibles et son dossier historique est accessible localement ou à l'hôpital. Le système de surveillance de base peut diagnostiquer des alertes et mettre en route un système robotique de sauvegarde avec trois objectifs : valider et caractériser l'alerte, alerter les bons intervenants et pratiquer les premiers soins.

Second scenario, l'évacuation des personnes. Une alerte incendie est déclenchée. Les personnes évacuent. Une personne, pour diverses raisons, manque à l'appel. Il faut la localiser, protéger son environnement par des actions ad hoc, lui porter secours et lui prodiguer les premiers soins. Déployés et distribués en réseau dans l'habitat, ces "smart objets" associant microsystèmes et capacité à analyser, apprendre, communiquer offrent de nouvelles perspectives au « smart home control » dédié aussi bien aux objets qu'aux occupants de la maison rendue intelligente.

Cette « intelligence ambiante » source d'innovations se décline au travers de nouveaux « systèmes de surveillances connectés », autonomes en analyse, en diagnostic et de plus en plus en énergie ; où les acteurs présents mais aussi les objets participent activement a une modélisation spontanée et évolutive de l'environnement.