TNO, au Centre Holst, a mis au point un tapis de capteurs intelligents conformables ultrafins qui peut détecter le rythme respiratoire, le rythme cardiaque et la posture d'une personne. Le tapis de détection multimodal consiste en une combinaison de capteurs piézorésistifs et piézoélectriques imprimés. Dans une mise en œuvre, le tapis peut être placé sous un drap de lit, ce qui permet une surveillance à long terme des patients dans un lit d'hôpital ou des bébés dormant à la maison.
Le tapis peut également être intégré au siège et au dossier d'une chaise de bureau, augmentant et prolongeant ainsi la vitalité de notre personnel. Lorsqu'il est utilisé dans un siège de voiture, le tapis peut surveiller la posture et la vigilance du conducteur.
Une surveillance discrète
Environ 26 % des personnes âgées de 30 à 70 ans souffrent d'apnée du sommeil dans le monde. Les personnes souffrant d'apnée du sommeil sont quatre fois plus susceptibles de subir un accident vasculaire cérébral et beaucoup meurent chaque année de maladies cardiovasculaires causées par cette affection. Les coûts des soins de santé augmentant rapidement dans le monde entier, la demande de traitement est en hausse. Les personnes souffrant d'apnée du sommeil sont souvent suivies dans ce que l'on appelle des centres de sommeil, où elles doivent dormir plusieurs nuits dans des conditions moins qu'idéales.
Peter Zalar, responsable du programme des capteurs de grande surface au TNO au Centre Holst, explique : "La posture, la fréquence respiratoire et le rythme cardiaque d'une personne allongée sur un lit peuvent être déterminés à l'aide d'une matrice de grande surface de capteurs de force piézoélectriques et piézorésistifs. Comme ces capteurs sont imprimés sur un élastomère fin, ils sont très sensibles et détectent rapidement un nouveau signal même si le patient a bougé. La qualité des données est ainsi maximisée, ce qui permet de surveiller le patient à distance de manière totalement fiable. Comme les capteurs sont discrets et ne causent pas de gêne, le patient ne remarque pas le dispositif, ce qui permet d'accumuler de grandes quantités de données non biaisées. En outre, en combinant plusieurs sources de données, l'état de santé du patient peut être déterminé avec plus de certitude."
Une variété d'applications dans le domaine de la santé et du bien-être
Le tapis de capteurs intelligents permet une surveillance à long terme, car il s'agit d'un dispositif non intrusif. Le tapis disparaît simplement dans l'objet dans lequel il est intégré. Il existe de nombreuses applications possibles pour utiliser le tapis de capteurs, par exemple dans un lit de bébé pour surveiller l'activité et le rythme respiratoire d'un enfant.
Peter Zalar : "Un autre domaine d'application est celui des voitures. Lorsqu'il est utilisé dans un siège de voiture, le tapis peut surveiller la posture assise et la fréquence cardiaque et donner une indication du niveau de vigilance du conducteur. Même avec l'avènement des technologies de conduite autonome, le conducteur doit toujours officiellement faire attention, mais le risque d'être distrait ou de s'assoupir augmente en raison de l'inactivité du conducteur. Le tapis pourrait empêcher les gens de s'endormir derrière le volant, ce qui pourrait contribuer à sauver des vies."
Peter poursuit : "Lorsqu'il est intégré à une chaise de bureau, le tapis peut signaler quand il est nécessaire de changer de position ou même de se lever et de faire de l'exercice. Cela contribue à accroître et à prolonger la vitalité de notre main-d'œuvre. En outre, il pourrait aider les concepteurs de mobilier de bureau à créer des chaises plus ergonomiques en identifiant les zones d'une chaise qui peuvent causer de l'inconfort ou des dommages à une personne."
Approfondissement de la technologie
Les solutions existantes pour les capteurs de pression de grande surface sont rigides et souvent basées sur des capteurs capacitifs qui sont difficiles à mettre en œuvre dans la pratique. Le tapis de capteurs est entièrement développé en interne, en utilisant un ensemble unique de matériaux et de caractéristiques de conception.
Peter explique : "Au TNO, au Centre Holst, nous avons optimisé la technologie de sérigraphie et de laminage multicouche de grande surface, ce qui signifie qu'un réseau de capteurs peut être imprimé sur des substrats de 90x200 cm. Nous avons également introduit l'utilisation de substrats et de laminés élastomères pour les capteurs piézo-électriques, ce qui augmente leur sensibilité. En outre, afin d'améliorer la sensibilité à la compression, qui est utilisée pour détecter les battements de cœur, la géométrie du capteur piézo-électrique a été optimisée. Pour valider notre approche, nous avons développé un logiciel et des algorithmes de base, ainsi qu'un nouveau système de lecture rapide pour suivre le volume de données produit par tous les capteurs. Nous avons déposé trois brevets autour de ces innovations."
Rentable
Le nombre et le rapport des capteurs piézo-électriques et piézorésistifs dans la structure de la matrice peuvent être ajustés. Cela rend le tapis très rentable à long terme, car on peut utiliser plus ou moins de capteurs sur une surface plus ou moins grande. Les algorithmes peuvent également être ajustés, de sorte que le matériel et le logiciel peuvent être adaptés à l'application.
Peter ajoute : "TNO, au Centre Holst, travaille actuellement à l'ajout de nouvelles modalités de capteurs, comme des capteurs de température (imprimés), afin d'élargir les possibilités d'application et les qualités de prédiction des algorithmes qui tirent parti de ces données."
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