RFID en Wallonie : des projets bien structurés

20 Janvier 2010

A propos de pays avançant rapidement en matière de RFID, la Belgique ne doit surtout pas être oubliée.
Voici quelques projets en cours dans le cadre du progiciel WIST 3.0 qui devraient en inspirer plus d'un.

Titre : ALIZEES (Angular Localization for Indoor positioning based on optimized Zigbee low Environmental Emissions Sensor networks)Durée : 36 mois
Promoteur : Stéphane Deketelaere, Université Libre de Bruxelles Stéphane Deketelaere (065/342772)
Coord. scient. : Prof. Christophe Craeye Laboratoire TELE - Ecole Polytechnique de Louvain Université Catholique de Louvain

Le centre de recherche et d’innovation MULTITEL ASBL conçoit depuis 2005 des systèmes de localisation/positionnement temps réel (RTLS/LPS - Real-Time Location System/Local Positionning System) pour l’identifica- tion et le suivi d’actifs mobiles en environnement industriel, hospitalier et pour le transport et la logistique. Ces systèmes sont basés sur des briques technologiques dont MULTITEL a la maîtrise et la propriété intellectuelle (brevet). Les systèmes développés offrent aussi une plateforme performante de rapatriement de données capteurs (température, accéléromètres, lumière, gaz, ... ).
Le projet ALIZEES est un projet transversal et complémentaire qui permet- tra de développer deux briques technologiques supplémentaires, à savoir, l’intégration de l’angle d’arrivée lors de la propagation RF comme élément pour améliorer la robustesse des performances de positionnement, et les techniques de récupération d’énergie par le biais du réseau de capteurs (lu- mière/vibratoire, switchs mécaniques). Le moteur actuel de positionnement n’exploite que l’intensité du signal reçu (RSSI) et un modèle de propaga- tion RF indoor ad hoc. Malgré des performances excellentes qui répondent parfaitement à des besoins produits/industriels, la fonctionnalité de posi- tionnement sera nettement améliorée (robustesse, finesse, précision) par l’introduction d’un modèle prenant en compte l’angle d’arrivée du signal RF. Un module de fusion de données permettra alors au nouveau moteur de robustifier les calculs de positionnement tout en diminuant l’entropie (l’incertitude) de la variable aléatoire liée aux résultats du positionnement.
La remontée d’information dans ce système RTLS se fait sur base d’une infrastructure de communication sans fil pour la remontée de données sen- seurs (Wireless Sensors Networks), qui emploie des unités mobiles (tags) autonomes comportant comme unique source d’énergie des piles au lithium non rechargeables. Le projet ALIZEES vise aussi la mise en place de tech- niques de récupération d’énergie (Energy Harvesting) basées sur les sen- seurs déployés (lumière, vibration, éléments mécaniques). L’état de l’art montre que les technologies RF IEEE 802.15.4/ZigBeetm sur lesquelles repose tout le système RTLS/LPS sont extrêmement peu consommatrices d’énergie. Des recherches montrent qu’il est déjà possible de récupérer l’énergie des interrupteurs de lumière pour initier des communications RF IEEE 802.15.4 unidirectionnelles.
Le projet vise clairement à améliorer un système industrialisé (en déploie- ment chez des PME wallonnes depuis début 2009) existant, tout en favori- sant une approche low-cost et orientée produit.
Le succès du projet ALIZEES reposera sur la transversalité et la complé- mentarité de la recherche, mais aussi sur celle des différents partenaires im- pliqués : le laboratoire de Télécommunications et Télédétection de l’UCL s’occupera de la conception des antennes à diagrammes de rayonnement tournant permettant d’intégrer l’aspect Angle d’Arrivée (Angle of Arrival) au moteur de positionnement existant. Le laboratoire Applied and Compu- tational Electromagnetics (ACE) de l’Institut Montefiore de l’Université de Liège apportera son expertise dans l’élaboration des modèles de propaga- tion RF en environnement indoor pour l’exploitation de l’angle d’arrivée, ainsi que ses compétences et ses moyens d’essais en mesures RF. Fina- lement, MULTITEL coordonnera le projet, apportera le système existant, développera l’électronique de contrôle et l’intégrera dans le système exis- tant. MULTITEL s’occupera aussi de la conception, du prototypage et de la validation des techniques d’Energy Harvesting permettant de récupérer de l’énergie des différents stimuli qui agissent sur les capteurs (lumière, vibration, actions mécaniques).
Les différents parrains industriels identifiés dans le cadre de ce projet sont des PME wallonnes avec qui MULTITEL travaille depuis quelques années pour développer leur business sur base des innovations technologiques dans le domaine de la traçabilité, la localisation/positionnement sécuritaire, et le suivi d’actifs . . .

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AQWASENS (SENseurs pour la Surveillance de la pollution bactérienne en phase AQueuse par techniques Wireless)
durée : 36 mois
Isabelle HUYNEN, Université Catholique de Louvain
Isabelle HUYNEN (+32-10-472308)

Résumé
La consommation d’eau dans les établissements de soins est particuliè- rement importante. Elle varie en fonction de la taille de l’établissement de 200 à 1000 litres par lit et par jour. Les usages de l’eau y sont va- riés, qu’ils soient alimentaires, techniques, sanitaires ou médicaux. Pour chaque usage il convient de disposer d’une eau répondant à des critères physico-chimiques et microbiologiques précis. Dans ce contexte, et de ma- nière plus large également, se pose la question de la qualité de l’eau mise à la disposition des usagers des établissements de soins, de centres de loi- sirs, des écoles, des hôtels et des immeubles résidentiels. Dans nos pays développés, Legionella pneumophila, bactérie responsable de la maladie du légionnaire ou légionellose constitue un risque biologique clairement identifié en terme de santé publique, particulièrement en milieu hospita- lier où les patients immunodéprimés y sont notoirement vulnérables. Les méthodes de surveillance actuelles consistent en des prélèvements régu- liers dans les circuits d’eau et une culture sur des milieux biologiques. Ces méthodes sont lentes, peu sensibles, peu spécifiques et ne permettent pas une surveillance continue tel que cela est souhaitable. Une autre probléma- tique similaire concerne le contrôle de la pollution des eaux de baignade. Ces eaux peuvent être polluées par les égouts, les lisiers d’élévages, les déjections de la faune locale. Les contrôles microbiologiques portent sur des marqueurs de pollution fécale et non sur les organismes pathogènes. Ils servent à définir le niveau de qualité de l’eau qui a valeur règlementaire pour les eaux de baignade et informative pour les activités nautiques. Suite aux nombreuses limitations des méthodes actuelles de monitoring de ce type de pollution, les contrôles ne sont que ponctuels. Ils nécessitent en ef- fet une identification par culture microbiologique qui rend impossible tout monitoring en continu.
L’objectif principal de ce projet est d’élaborer un réseau de bio-senseurs portables opérant en milieu aqueux et capable, grâce à des interfaces de conversion électro-chimique et d’émission/réception adéquates, de trans- mettre à distance en RF sans fil des informations quantitatives vers un ré- cepteur, afin de réaliser une cartographie en temps réel de la présence de bactéries ciblées dans l’eau aux différents points de contrôle du réseau de distribution. Ce réseau pourra à terme être implémenté dans des secteurs aussi variés que les hôpitaux, les maisons de repos et de soin, les écoles, les centres de loisirs, les hôtels et les immeubles à appartements, et étendu au monitoring de la pollution fécale dans les eaux de baignade. Ces bio- senseurs spécifiques s’intègreront dans un processus de contrôle de qua- lité et permettront une traçabilité des résultats obtenus. La transmission RF sans fil du signal offrira de multiples avantages, par exemple en termes de consommation et miniaturisation du capteur, de fiabilité de l’information, de localisation du point de contamination, etc. L’approche développée dans ce projet pourra être ultérieurement étendue à d’autres microorganismes directement impliqués dans la pollution de l’eau ouvrant ainsi à terme des perspectives d’élargissement ultérieur du marché aux applications ciblant la potabilité de l’eau.

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ESCAPE
sEcurisation Seveso par CAPteurs autonomEs
durée : 36 mois
François Horlin, Université Libre de Bruxelles
François Horlin (02-650 6741)

Résumé
Ce projet a pour objectif général la sécurisation des sites chimiques à haut risque par un réseau de capteurs autonomes communiquant sans fil. Scienti- fiquement, nous développerons une stratégie de contrôle optimisé de l’éner- gie de communication afin d’assurer la fiabilité du système et de réduire le coût des capteurs.
Les sites chimiques peuvent présenter deux grandes catégories de dangers selon le type de substances qui y sont traitées : certains sites, tels que ceux trouvés dans l’industrie chimique et parachimique présentent un danger de toxicité ; d’autres sites, tels que ceux trouvés dans la pétrochimie, pré- sentent un danger d’explosion. Dans les deux cas, le danger concerne à la fois l’humain et l’environnement, et a une portée qui s’étend au voisin- nage plus ou moins proche du site. La Directive Seveso est une directive européenne récente qui impose aux états membres de recenser les établis- sements à risque, d’établir un plan d’urgence et de maîtriser l’urbanisation autour de ces sites.
Afin de prévenir le danger et de pouvoir lancer une alerte en cas de danger, un réseau de capteurs de mesure est classiquement déployé au sein et aux alentours du site (capteurs de gaz, de température, de pression, de débit. . . ). Actuellement, les réseaux de capteurs filaires sont largement préférés aux réseaux de capteurs sans fil alimentés par batterie car ils assurent une com- munication fiable, ils ne risquent pas de rentrer en réaction chimique avec les composants traités, et ils ne nécessitent pas de maintenance importante. Malheureusement le coût d’installation du réseau de capteurs filaires est énorme.
Dans ce projet, nous étudierons comment un réseau de capteurs sans fil autonomes, chacun alimenté par une cellule photovoltaïque couplée à une super-capacité, constitue une alternative aux réseaux de capteurs filaires. Outre l’installation plus aisée des capteurs sans fil, l’intérêt est double : les super-capacités sont beaucoup plus robustes que les batteries et ont une du- rée de vie nettement supérieure à celles-ci. La conception du réseau devra malgré tout satisfaire à deux défis majeurs :
* La communication devra être maintenue à tout moment de la journée (y compris après un long moment d’obscurité) pour assurer la fiabilité du système en cas d’alerte ;
* Le coût du capteur, intégrant la cellule photovoltaïque, devra rester com- pétitif par rapport à l’installation du réseau de capteurs filaires.
Pour répondre à ces deux problèmes, notre solution assurera une utilisa- tion optimisée de l’énergie disponible dans le réseau. Autrement dit, nous assurerons (1) que la performance de la communication sur un lien puisse être modulée en fonction du niveau d’énergie disponible aux deux capteurs concernés et (2) que la couche physique et le routage des informations dans le réseau soient contrôlés de manière distribuée en fonction de l’énergie disponible aux différents endroits du réseau.
Partenaires et contributions :
* ULB/UCL - caractérisation du canal de propagation des ondes en milieu industriel, modèle macroscopique des variations temporelles de canal ;
* ULB/UCL - traitement de signal pour communications : conception d’une version paramétrisable du protocole Zigbee et du récepteur à performance et complexité variables ;
* Cetic : controle de la couche physique et routage de l’information en fonction de l’énergie disponible dans le réseau, intégration du système ;
* FPMS : Analyse des réseaux de capteurs en fonction des directives Se- veso et Atex (Atmosphère Explosive) ; conformité aux normes Sil. . .

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FACILITIC
Observation passive et non intrusive de la personne âgée agissant avec des objets intelligents
durée : 36 mois
Benoît Macq, Université Catholique de Louvain
Suzanne Kieffer (010/47.80.73)

Résumé

FACILTIC se fixe pour objectif le maintien à domicile le plus longtemps possible des personnes âgées fragiles dans de bonnes conditions, c’est- à-dire en facilitant leur sécurité, leur autonomie, leur indépendance, leur bien-être, et leurs interactions sociales ; et ce grâce aux Technologies de l’Information et de la Communication (TIC).
La population vieillit. En effet, les plus de 65 ans seront près de quatre mil- lions en Belgique en 2050, représentant ainsi près d’un tiers de la popula- tion (http ://economie.fgov.be). Parmi celle-ci, les personnes âgées fragiles (15 à 20% de ce groupe d’âge) constituent un enjeu sociétal important. Ces personnes présentent un état physiologique de vulnérabilité et de risque accru de développer un déclin fonctionnel (incapacités) ; des syndromes gériatriques tels que chutes, delirium, réactions médicamenteuses. . . et in fine un risque accru d’hospitalisations et d’institutionnalisation. Il est donc urgent de fournir une alternative efficace à leur placement en institution.
Nos motivations sont donc les suivantes : concevoir, développer et tester une solution informatique pour l’assistance à domicile des personnes âgées fragiles qui soit facile d’utilisation, adaptée à la situation, et évolutive par rapport aux changements.
La solution comprendra d’une part un ensemble de services interactifs dis- ponibles sur une interface Web simplifiée, personnalisée, et présentée sur un écran tactile (cf. projet First Spin-Off Keep-In-Touch) permettant l’ob- servation active des interactions humain-machine. Elle comprendra d’autre part un ensemble d’objets intelligents permettant l’observation passive et non intrusive des interactions entre l’humain et son environnement.
Afin de garantir l’adaptabilité et l’évolutivité de la solution, nous adoptons une démarche expérimentale. Une itération dans le cycle de R& D peut être synthétisée comme suit :
- Modélisation de la solution : personnes âgées (dépendance, tissu social, aptitudes informatiques. . . ), aidants proches naturels (conjoint ou enfants), aidants formels (prestataires de soins à domicile), environnement et objets, système informatique (services d’assistance), et interactions entre ces enti- tés ;
- Évaluation expérimentale de la solution par simulation multi-agent des in- teractions inter- et intra-entités ET par observation des interactions humain- machine (capture, traitement de signaux, analyse) ;
- Améliorations de la solution : services interactifs, objets intelligents, et modèles.
Les activités de recherche seront les suivantes :
- TELE : traitement du signal et interaction humain-machine ;
- IRSS : modélisation et simulation multi-agent ;
-CRC : sélection et "coaching" de personnes âgées avec une atteinte cogni- tive légère à modérée, et validation experte des résultats ;
-Multitel : développement des objets intelligents.
Les résultats obtenus concernant le dossier médical informatisé du patient (ici la personne âgée) seront valorisés par Polymédis, tandis que les résul- tats obtenus concernant l’élaboration et l’interaction des patients avec les objets intelligents seront valorisés par Multitel.

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INTERFERE
IdeNTification d’Etiquettes Radio FréquencE Réalisée
durée : 36 mois
Christophe Craeye, Université Catholique de Louvain
Christophe Craeye (010472311)

Résumé

De plus en plus de projets RFID (UHF - Gen2) requièrent un taux de lecture extrêmement proche de 100% . Force est de constater aujourd’hui que les solutions RFID disponibles dans le commerce n’apportent pas aujourd’hui cette garantie ou sont trop coûteuses. De nombreuses expériences indus- trielles montrent que le taux de reconnaissance diminue fortement en pré- sence de nombreux marqueurs (problèmes d’interférences et de diffraction autour de chargements complexes).
Le but du projet consiste à mettre au point un portique de lecture qui ga- rantisse une fiabilité de lecture qui dépasse les 99.9 % . Les défis tech- nologiques se situent dans les domaines physiques (électromagnétique et conformation du portique), électroniques (systèmes de réception cohérents à antennes multiples) et de traitement du signal (formation de faisceau en champ ultra-proche et lecture ultra-rapide d’identifiants multiples).
Certaines composantes technologiques nécessaires au projet sont déjà -au moins partiellement- disponibles chez les partenaires. Parmi celles-ci, l’on note une électronique de réception cohérente des signaux (amplitude et phase) et des éléments préliminaires de récupération de l’identifiant du tag essais positifs avec un tag unique), laquelle devra permettre au système de se substituer à la fonction réceptrice du lecteur.
Les défis technologiques à relever dans le cadre du projet sont :
1. De nouvelles conformations d’antennes permettant de confiner le champ de vision du lecteur (côté émetteur) dans des zones bien contrôlées.
2. L’intégration des antennes de réception dans le portique, dans une tech- nologie de fabrication intégrée et à bas coût.
3. De nouveaux algorithmes de formation de faisceaux en champs proches.
4. Une stratégie accélérée de discrimination des tags en très grand nombre.
5. L’utilisation d’informations externes (image et simulation électromagné- tique) pour guider les algorithmes en (3) et (4).
6. Une procédure de calibration simple, automatique et fiable (calibration invisible).

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MEUSE
Capteur autonome, sans fil, d’acquisition et de traitement de données pour fonctionnement en large intervalle de température (SOI)
durée : 18 mois
Jean-Marc Defise, Université de Liège
Nicolas MARTIN (04/3676668)

Résumé

Le projet consistera en la réalisation d’une recherche visant les domaines de l’optimisation des processus industriels, de contrôle de qualité et de traça- bilité. Il consistera en l’amélioration de capteurs de données (hautes tempé- ratures pour JUMO (typ. 160 ̊C), température, humidité et ensoleillement pour AGC) en les rendant autonomes énergétiquement, en les dotant de possibilités de communication sans fil, d’une relative puissance de calcul et de pré-traitement local des données
et d’une capacité de stockage couvrant une période de production ou ser- vant de stockage temporaire pour calculs arithmétiques complexes (trans- formées).
Afin de prouver la faisabilité économique et industrielle du concept, un pro- totype fonctionnel sera réalisé pour chaque parrain industriel. A savoir un prototype autonome fonctionnant jusqu’à 160 ̊C (température de fours de processus industriels) pour JUMO et un prototype autonome (alimenté par celulles photovoltaïques) fonctionnant en gamme étendue de température (-55 à +100 ̊C). De plus des tests fonctionnels en grandeur nature seront réalisés d’une part dans un four industriel pour JUMO et d’autre part dans une étuve climatique pour AGC.
CSL : s’occupera de la surveillance du bon déroulement scientifique du projet par l’intermédiaire de réunions d’une périodicité à convenir. CSL fera le suivi de l’UCL et du CETIC. CSL rendra compte de l’évolution du projet à AGC et JUMO. Le CSL participera à la réalisation des proto- types autonomes pour JUMO et AGC. Le CSL identifiera les composants électroniques passifs et actifs résistants aux températures élevées (gamme étendue, FPGA). Le CSL fera appel à ses connaissances de conception de smart sensors utilisés en aéronautique et en spatial.
UCL : s’occupera de l’identification des fonctions analogiques et digitales à implémenter en SOI ainsi que de la partie HF. Du code VHDL pourra ainsi être généré pour la partie digitale qui pourra être testée dans un FPGA haute rempérature.
CETIC : s’occupera de l’identification des protocoles utilisés en industrie et en domotique. De même, le CETIC réalisera la programmation de la couche interface réseau du capteur sujet de la recherche. Et il déterminera aussi quel(s) type(s) de réseau(x) sans fil est(sont) le(s) plus adapté(s) en industrie et domotique (ZIGBEE, . . . ).
AGC : a un intérêt potentiel dans ce nouveau concept. Ce capteur pourrait leur permettre d’introduire des produits déterminant de façon plus perfor- mante l’efficacité énergétique d’un bâtiment.
JUMO : Ce capteur pourrait leur permettre d’introduire des produits plus performants concernant l’optimisation des processus industriels, le contrôle de qualité et la traçabilité.
ADES nous a confirmé l’existence de demandes d’industriels pour ce genre de produit (demandes à ce jour non satisfaites). ADES s’occupera de mettre en contact le CSL avec un de ses clients industriels où un essai du prototype en grandeur nature pourra être réalisé (jusqu’à 160 °C). ADES participera aux différents essais (étuve et four . . .)

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