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Ne devrions nous pas être préoccupés du fait que les automobiles d’aujourd’hui peuvent fournir des informations en temps réel sur leur fonctionnement alors que nous ne pouvons pas en faire autant pour notre propre santé ? Les véhicules que nous conduisons sont remplis de capteurs et d’indicateurs qui surveillent et rapportent sur tout, de la température du moteur au rendement énergétique, si le conducteur et le passager ont attaché leur ceinture de sécurité ou encore la température et la luminosité extérieure. En comparaison, nous, les êtres humains, sommes réduits à un nombre limité d’indicateurs de problèmes. Nous pouvons bien sûr reconnaître les symptômes d’une fièvre, d’une toux, d’un rhume, ou ressentir de la douleur.

Mais malgré le fait que les équipementiers ont des niveaux toujours plus élevés d’auto-diagnostique et de maintenance préventive, nous sommes bien en retard en ce qui concerne la surveillance des performances de notre propre corps. Nos principaux problèmes de santé seraient certainement minimisés s’il était possible de savoir en temps réel lorsqu’un paramètre de santé (glycémie, rythme cardiaque etc.) est anormal. En effet, si nous avions cette information, nous pourrions immédiatement prendre des mesures pour normaliser le paramètre concerné.

Mais comment mesurer ces paramètres sans passer nos journées connectés à un appareil de contrôle ?

Ce niveau de contrôle ne serait-il pas trop intrusif, accaparant tout notre temps ?

Encore tout récemment, quiconque souhaitait avoir des informations sur sa santé, même les plus basiques, devait se rendre chez un professionnel de santé ou utiliser un moyen intrusif (comme une aiguille pour prélever une goutte de sang qui sera analysée avec un glucomètre). Le coût, le temps, l’accès/la disponibilité et la gêne occasionnée ont toujours grandement compliqué la mesure des données physiologiques.

Mais il s’avère que nous sommes au tournant d’une révolution dans le domaine du contrôle de la santé. Le mouvement "Quantified Self" promet de nous aider à lever le voile et à comprendre nos paramètres de santé à tout moment. Le "Quantified Self" est essentiellement un concept qui utilise des capteurs électroniques pour surveiller les paramètres physiologiques d’une personne et comprendre l’état du corps en temps réel (rythme cardiaque, glucose, hydratation, consommation d’oxygène, rythmes du sommeil, calories absorbées etc.).

L’objectif principal est de permettre aux personnes de prendre les mesures appropriées, d’après les informations qu’elles auront recueillies, afin d’améliorer leur santé, leur état d’esprit etc. Malheureusement, nous avons toujours considéré dans le passé le corps humain comme une "boîte noire" enregistrant des données que l’on analyse a posteriori plutôt qu’un système que l’on peut comprendre en temps réel. Pourtant, une compréhension en temps réel (grâce à la surveillance physiologique) nous permettrait de changer de comportement pour obtenir l’état souhaité (pression artérielle plus faible, perte de poids, récupération rapide suite à une blessure/ opération etc.). Mais sans ces informations sur l’état de la personne, il est extrêmement difficile de planifier et de passer à l’étape suivante. Néanmoins, si ces informations étaient plus accessibles, les gens seraient encouragés à atteindre leurs objectifs plus rapidement. Même des gestes simples comme prendre les escaliers plutôt que l’ascenseur ou boire de l’eau plutôt que de l’alcool auraient un impact quantifiable et observable et conduiraient à une meilleure santé en général. Ce pourrait être étonnant pour beaucoup, mais les technologies biocapteurs qui incorporent des capteurs physiologiques se généralisent de plus en plus. Les utilisateurs ne seront plus forcés d’avoir des glucomètres sur eux grâce à la nouvelle génération d’appareils de contrôle qui seront portés à même le corps (semblables à l’appareil sur l’image 1).

Cette incorporation presque transparente des capteurs médicaux permettra aux gens de contrôler leur état en temps réel et de collecter beaucoup plus de données tout au long de la journée.

Des premiers exemples de cette approche novatrice se trouvent déjà sur le marché, comme des bracelets capables de mesurer la distance parcourue par une personne, son pouls etc. Des sous-vêtements discrets (maillot de corps, soutien-gorge etc.) conçus pour être utilisés pendant l’entraînement physique permettent de collecter des paramètres clés comme le pouls, la respiration, la posture et même la distance parcourue. Cependant, malgré tous les avantages qu’offrent ces appareils de contrôle, les plus grandes avancées restent à venir (Image 2). Imaginez juste un instant que les diabétiques n’aient plus à se piquer le doigt plusieurs fois par jour pour mesurer leur glycémie afin d’ajuster leur dose d’insuline. La douleur serait non seulement éliminée, mais il serait également beaucoup plus simple de collecter cette donnée vitale plus fréquemment. Cela permettrait en retour aux diabétiques de contrôler leur glycémie plus efficacement sur le long terme et de reporter ou même prévenir les conséquences les plus sérieuses de cette maladie de plus en plus commune.

Des chercheurs en Allemagne ont même mis au point une méthode qui utilise la lumière infrarouge et une technique appelée spectroscopie photoacoustique pour déterminer la glycémie sans avoir à pénétrer sous la peau. De manière similaire, des chercheurs en Israël et aux Pays-Bas travaillent actuellement sur la mise au point de biocapteurs qui utilisent la lumière laser, un aimant et une caméra pour mesurer la concentration de glucose dans le sang un utilisant l’effet "tavelure", les motifs granuleux des interférences qui sont produites sur des images lorsque la lumière laser est réfléchie à partir d’une surface qui n’est pas lisse ou diffusée à partir d’un matériel opaque.

Les deux méthodes sont discrètes et pourraient un jour révolutionner le diagnostique, le contrôle et le traitement du diabète. La mise au point et la commercialisation de ces nouvelles technologies ont le potentiel d’améliorer la collecte de données et, en fin de compte, la santé de l’utilisateur. Le fait que ces systèmes sont prévus pour être portés à même la peau ne constitue pas seulement leur atout majeur mais aussi leur faille potentielle. Après tout, ils seront inévitablement exposés à l’électricité statique générée par l’utilisateur, ce qui peut les rendre inutilisables sans une protection appropriée. Cela pourrait paraître surprenant, mais un simple toucher humain peut suffire pour induire une décharge électrostatique (DES) transitoire. En effet, n’importe quel circuit de capteurs, boutons, interface de chargement de la batterie ou donnée E/S pourrait fournir au DES un chemin de conduction vers l’appareil.

Heureusement pour les fabricants de biocapteurs, les fabricants de composants basés sur les semi-conducteurs et visant à protéger contre les DES travaillent dur pour améliorer les performances de ces solutions. Littelfuse Inc., par exemple, investit continuellement pour mettre au point de nouveaux processus qui améliorent leurs produits de protection. Les innovations récentes en matière de composant incluent :

 Une tension de verrouillage plus basse pour protéger les circuits même les plus sensibles : pendant une DES, la tâche principale de la protection contre les DES est de détourner et de dissiper une quantité aussi grande que possible de la DES transitoire. Cette caractéristique est améliorée par la réduction de la résistance à l’état passant (souvent appelée la "résistance dynamique"). En réduisant la résistance dynamique, la protection contre les DES absorbe une plus grande quantité de courant de surcharge que le circuit protégé. Par ce moyen, le stress électrique sur le circuit intégré est réduit et sa survie est assurée. Par exemple la série de matrice de diodes Transil SP3014 de Littelfuse a une résistance dynamique d’une valeur inférieure à 0.1 Ω pour offrir la meilleure performance.

 Une capacité plus faible pour éviter d’interférer avec le transfert de données à grande vitesse : bien que le circuit de protection soit vital pour qu’un appareil de protection contre les DES remplisse son objectif, il est important de garder à l’esprit qu’il doit jouer son rôle sans interférer avec le fonctionnement quotidien du circuit qu’il protège. Sur une interface RF par exemple (Bluetooth, ZigBee, etc.) ou un port de connexion comme un port USB 2.0, on doit empêcher la protection contre les DES de causer une distorsion ou un affaiblissement des signaux. Pour assurer l’intégrité du signal, la capacité de la protection contre les DES doit être minimisée sans compromettre les niveaux de protection. La série SP3022 de diodes Transil de Littelfuse présente une valeur de capacité de 0.35 pF, assurant que les signaux à grande vitesse ne le détectent pas.

 Des facteurs de formes compacts pour s’ajuster à la taille réduite de la carte disponible dans les biocapteurs  : peu importe la performance d’un dispositif de protection, il ne sera pas vraiment utile s’il ne peut pas s’intégrer dans l’application qu’il est sensé protéger.

Les biocapteurs médicaux vont devenir de plus en plus fins et petits (montres, bracelets, sangle de poitrine) ou seront incorporés directement dans l’habillement. Les cartes de circuits auront un espace minimum disponible pour les solutions de protection contre les DES. Des diodes discrètes sont idéales pour offrir aux ingénieurs en charge de la conception une flexibilité exceptionnelle pour l’assemblage des composants sur la carte, et les séries SP1020 (30 pF) et SP1021 (6 pF) sont assemblées dans des boîtiers 01005 pour réduire l’espace qu’elles occupent. De plus, la série SP1012 (Image 3) assemble cinq canaux bidirectionnels de protection dans un boîtier compact 0.94 mm x 0.61 mm pour les applications qui nécessitent de réduire le nombre de composants et la taille du dispositif de protection.

En résumé, bien qu’il soit évident que les technologies biocapteurs à venir participeront à l’amélioration de la qualité de vie de l’utilisateur, elles resteront un défi à surmonter pour les concepteurs. Il est par conséquent extrêmement important de s’assurer de leur fiabilité à long terme. Il doivent en effet permettre de faire des mesures précises, indépendamment du mode de vie de l’utilisateur ou de la fréquence à laquelle ils sont sujets à des DES potentiellement nuisibles. Les fabricants de dispositifs de protection contre les DES sont engagés à travailler autant que les ingénieurs en charge de la conception pour fournir une protection à ces appareils sans interférer avec leur fonctionnalité de base.

James Colby est responsable de la commercialisation et du développement technologique pour le département des semi-conducteurs chez Littelfuse, Inc. Il a étudié à la Southern Illinois University où il reçu son diplôme d’ingénieur en électronique et a un MBA de la Keller Graduate School of Management. Il travaille chez Littelfuse depuis plus de 15 ans et dans l’industrie électronique depuis plus de 20 ans.