L’infrastructure et les écosystèmes le long de la pyramide de Feynman [5] : les très petits systèmes

par Jean-Luc Dormoy

On a rangé à part sous cette catégorie de très petits systèmes des systèmes embarqués d’une nouvelle sorte, aux facteurs de coût, de consommation énergétique et de taille en rupture, et permettant de nouvelles applications.

Ce sont des systèmes qui sont tout en bas dans la pyramide de Feynman dans son état présent. Bien sûr, leurs écosystèmes ne sont en général pas matures, ils sont même quelquefois seulement balbutiants. Ils n’apparaissent donc en particulier pas sous la forme de systèmes distribués.

Leur utilisation rend indispensable de les inclure dans un système distribué plus vaste, dont ils constituent une extrémité; nous détaillons cela dans la section suivante sur le web des objets. Ils sont quelquefois tellement petits qu’ils n’ont pas de fonction intrinsèque, seule une assemblée fait sens.

Les plus « gros » de ces systèmes sont les cartes à puce. Une carte à puce était initialement essentiellement constituée d’une mémoire permettant d’emmener avec soi des informations, éventuellement cryptées, et de les communiquer via des lecteurs sécurisés. Puis on a accolé à la mémoire un processeur, d’abord 8 bits, c’est-à-dire le plus petit possible, et désormais 32 bits, de la puissance d’un de vos PC d’il y a 15 ans. L’infrastructure a été complétée par un système d’exploitation et une machine virtuelle Java. On parle dans ce cas de Javacard, ou de Smart Card. Cela permet d’embarquer en outre un logiciel, qui peut être modifié après délivrance de la carte. Une carte à puce peut donc désormais constituer un véritable ordinateur dans votre poche.

Les trois grands marchés de la carte à puce sont les cartes de crédit, les cartes SIM dans les téléphones mobiles[1] et les applications de sécurité.

La technologie évolue vers ce que l’on appelle les systèmes NFC, ou Near Field Contact. Ils sont ou seront utilisés par exemple dans les transports publics sur des cartes « titres de transport ». On peut imaginer avoir des titres de transport « génériques » partagés par tout un pays voire un continent. Il est également possible que les objets portables comme les mobiles soient équipés de cette technologie, auquel cas ils pourraient constituer un moyen de paiement universel.

Pour tous ces systèmes, la sécurité est évidemment cruciale.

Un autre type de système est constitué des RFID, ou Radio Frequency IDentification. Ce sont des systèmes intégrés à une étiquette autoadhésive qui peut être collée sur n’importe quel objet, voire implantée dans le corps d’un animal ou d’une personne. Les arbres de la ville de Paris sont identifiés grâce à des RFID implantées.

La puce présente sur l’étiquette comporte une antenne capable de communiquer par radio avec un émetteur-récepteur placé à proximité et une mémoire fournissant une identité à l’étiquette, plus éventuellement d’autres informations. Cela permet donc de donner une identité digitale à l’objet sur laquelle la puce est collée. On peut dire que grâce à ces systèmes tout objet peut « entrer » dans le monde virtuel.

Les RFID sont utilisées notamment en logistique. Les étiquettes équipent les containers voire les paquets, qui « disent » ainsi en permanence où ils sont. On peut aussi marquer des pièces d’un objet complexe, pour par exemple en cas de panne ou de maintenance le reconnaître individuellement et être capable de retrouver les conditions de sa production ou de son assemblage. Cela peut aussi servir au moment de la construction de l’objet complexe, pour rendre les processus d’assemblage dans l’atelier encore plus flexibles.

Les puces peuvent également être équipées de capteurs, par exemple des capteurs de température pour suivre les variations dans une chaîne du froid, ou pour des biens précieux et fragiles, comme une caisse de grand vin.

Il y aurait 30 milliards de puces RFID produites dans le monde en 2010.

Les MEMS[2], ou Micro Electro Mechanical Systems, sont des systèmes sur silicium fabriqués avec les technologies de la microélectronique, mais où l’on implante sur la puce un système électrique et mécanique au lieu d’un circuit électronique. La partie mécanique est par exemple constituée d’engrenages, ou plus fréquemment d’une poutre vibrante. Les MEMS servent principalement à réaliser des capteurs très divers, très petits, et peu chers. Par exemple, l’accéléromètre que l’on trouve désormais dans un iPhone, un iPad ou la commande d’une Wii est un MEMS. Les airbags sont déclenchés par le signal rapide d’un MEMS, qui mesure la forte accélération en cas de choc. Mais on sait aussi réaliser par exemple des capteurs de pression, de présence de certaines espèces chimiques, etc.

Le marché des MEMS a atteint 11 milliards de dollars en 2011, en pleine expansion.

On en est là aujourd’hui des très petits objets, pourtant certains ont déjà essayé d’imaginer la suite. On a par exemple lancé l’idée de Smart Dust, ou Smart Matter. Il s’agirait de systèmes très petits, très nombreux, et communiquant entre eux pour assurer les fonctions d’un réseau de capteurs (voir ci-dessous). Ils pourraient être jetés par poignées sans positionner chacun précisément. Ces systèmes restent néanmoins à ce jour hypothétiques.


[1] Téléphones mobiles qui ont démodé les cabines téléphoniques, notamment à carte, qui constituaient un autre marché pour les cartes à puce.

[2] On parle aussi désormais de NEMS pour indiquer qu’on est passé à l’échelle nano (Nano à la place de Micro).

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