« Je pense que les plus grandes innovations du 21e siècle se situeront à l'intersection de la biologie et de la technologie. Une nouvelle ère commence. », Steve Jobs.
Ordinateurs, smartphones, tablettes, montres connectées… L’Internet of Things (IoT) nous entoure désormais au quotidien dans nos activités personnelles et professionnelles. À mesure que les dispositifs IoT deviennent plus nombreux, élaborés et utilisés, le besoin en capacités technologiques complexes et poussées s’intensifie. Les capteurs IoT jouent un rôle crucial dans l'écosystème technologique de l'IoT car ils collectent des données du monde physique et les convertissent en signaux numériques.
Dans le même temps, le biomimétisme prend de plus en plus d’ampleur dans la conception et le développement de produits et services innovants. Appliquée à l’informatique, cette approche visant à s’inspirer des mécanismes et procédés naturels est sur le point d'apporter un tout nouveau niveau d'intelligence aux dispositifs technologiques périphériques, dont la consommation d'énergie et la vitesse de traitement – entres autres – ne sont pas optimisés.
Comment s’inspirer du vivant apporterait des réponses innovantes, performantes et écoresponsables pour améliorer les capteurs dans le domaine de l’IoT ?
Un marché des capteurs IoT en plein essor
Avec plus de 50 milliards de capteurs déployés dans le monde, les capteurs IoT représentent un tiers de tous les capteurs expédiés en 2022. Le marché des capteurs IoT a atteint 10,9 milliards de dollars en 2022 et devrait croître à un taux de croissance annuel composé de 16% au cours des cinq prochaines années.
Les capteurs basés sur les « Micro Electronic Mechanical Systems » (technologie permettant de créer des systèmes électroniques et mécaniques à petite échelle) représentent à eux seuls 50% des revenus mondiaux des capteurs en 2022, avec Bosch Sensortec et ST Microelectronics en tête des entreprises leaders sur ce segment.
Les capteurs d'image sont également essentiels pour l'IoT car ils répondent à trois des cas d’usage favorisant le plus l’adoption des dispositifs IoT : la vision par ordinateur, les caméras de surveillance connectées et les systèmes d'assistance avancés pour les conducteurs de voitures. Les principaux fournisseurs de capteurs dans ce segment sont Sony et AMS AG.
Des technologies de capteurs IoT de plus en plus avancées
Le marché des capteurs IoT ne cesse d’évoluer et d’innover. Cinq technologies en particulier sont susceptibles de faire évoluer le paysage des capteurs IoT dans les années à venir :
Les capteurs intelligents capables de traiter directement les signaux qu'ils reçoivent, avec la possibilité d’intégrer de l'intelligence artificielle (IA) dans leur conception pour une prise de décision immédiate et une protection des données sensibles. Exemple : les capteurs de bris de verre de sécurité domestique Ring d'Amazon utilisent l'IA et un processeur neuronal pour détecter les bris de verre à distance.
Les capteurs plus économes en énergie grâce à des sources d'énergie renouvelable telles que les énergies solaire et cinétique. Exemple : Eco est un capteur de température et d'humidité alimenté par une cellule solaire intérieure, lui permettant ainsi de fonctionner sans batterie ni source d'alimentation externe.
Les capteurs souples et virtuels qui complètent de plus en plus les capteurs physiques ; il peut en effet être coûteux voire impossible d'installer des capteurs physiques dans des environnements complexes, impraticables ou dangereux. Un capteur souple utilise des algorithmes informatiques pour estimer la valeur d'une quantité difficile à mesurer, tandis qu'un capteur virtuel calcule des valeurs basées uniquement sur des modèles informatiques. Exemple : un ordinateur de bord de poche développé par Siemens calcule les valeurs des capteurs virtuels en utilisant des paramètres de statut de machine et un modèle numérique.
La combinaison de capteurs différents pour avoir une vision complète de l’environnement et aider à la prise de décision. Exemple : les capteurs dans un véhicule autonome (caméras, radar, etc.) fournissent ensemble une image 360° de l'environnement du véhicule, permettant des décisions de conduite sûres et efficaces.
Les biosenseurs capables de convertir une réponse biologique en signal électrique. Exemple : le système Abbott FreeStyle Libre est utilisé par plus de 3 millions d'utilisateurs dans le monde pour surveiller le taux de glucose dans le sang.
Le biomimétisme comme réponse aux enjeux clés des capteurs IoT
L’utilisation croissante des dispositifs IoT entraîne des exigences techniques plus poussées pour concevoir des capteurs davantage flexibles, durables, autonomes et fiables. Autant d’enjeux clés qui peuvent trouver une réponse directement dans la nature en appliquant une approche biomimétique.
Des premiers capteurs IoT inspirés par la nature ont déjà été développés. À titre d’exemple, Airbus a puisé son inspiration dans le comportement de la libellule pour développer un système d'atterrissage autonome pour les avions. L'entreprise a étudié la façon dont la libellule vole et atterrit, notamment en utilisant des capteurs pour détecter les mouvements de l'air et les réactions de vol. Airbus utilise des capteurs similaires pour permettre aux avions de détecter les conditions météorologiques, les turbulences et les variations de l'air pendant l'atterrissage. Ce système d'atterrissage autonome permettrait aux avions de se poser en toute sécurité, même dans des conditions météorologiques difficiles, et de réduire la charge de travail des pilotes. Airbus prévoit de tester cette technologie sur un avion de ligne commercial d'ici la fin de l'année 2023.
D’autres idées de capteurs IoT s’inspirant du vivant peuvent être envisagées :
Capteurs flexibles inspirés de la peau : en imitant la structure et la fonction de la peau, les capteurs peuvent être conçus pour être plus flexibles et résistants aux dommages mécaniques
Capteurs autonomes inspirés de la photosynthèse : en utilisant des principes similaires à la photosynthèse, les capteurs IoT peuvent être conçus pour produire leur propre énergie à partir de sources renouvelables telles que la lumière du soleil
Capteurs de température inspirés des feuilles d'arbre : en reproduisant la structure des feuilles d'arbre, les capteurs de température peuvent être conçus pour s'adapter aux environnements changeants et à des surfaces irrégulières
Capteurs de mouvement inspirés des membres d'insectes : en imitant la structure et le mouvement des membres d'insectes, les capteurs de mouvement peuvent être conçus pour être plus sensibles et plus précis
Le biomimétisme ouvre la voie à de nombreuses pistes de développement pour des capteurs IoT innovants et plus performants. Une approche de conception créative et écoresponsable intéressante dans une logique de prototypage, qui pourrait cependant présenter quelques limites en termes de coûts dans une logique d’industrialisation pour répondre au besoin de masse des capteurs IoT.