Fabrice SEGUIN

Activités de recherche

 

Capteurs autonome pour la santé et sécurité.

Les applications biomédicales représentent une thématique de recherche en fort développement. Le vieillissement de la population et les pathologies inhérentes représentent un poids de plus en plus important sur le système de santé. Une solution résiderait dans le diagnostic précoce mais plus généralement dans le développement d’outils d’aide au diagnostic. Ces systèmes se caractérisent par les différentes étapes qu’ils doivent effectuer afin de remplir leur fonction. Ainsi la récupération de données propres à la pathologie du patient doit d’abord être mise en place. Puis le traitement et l’échange de ces données sont effectués. L’ensemble de ces opérations doivent être soumises à des contraintes de complexité matérielle et de consommation énergétique. Les verrous scientifiques et technologiques identifiés pour ce type d’application concernent l’autonomie, l’adéquation algorithme et architecture, l’électronique et le traitement de signal. Je m’intéresse particulièrement à la conception de capteurs autonomes intelligents depuis plusieurs années. La thèse de Paul CHOLLET qui traitait du Traitement parcimonieux de signaux ECG à l’aide de réseaux de neurones rentrait bien dans ce contexte. J’ai également encadré la thèse de Paul Le MAOUT sur la thématique des nez artificiels. En effet durant ces travaux il a été développé une matrice de capteurs ainsi qu’un traitement associé afin de permettre le diagnostic précoce de maladies rénales. 

Plusieurs projets dans ce domaine ont été conduits et sont conduits :

TRAPSIB : traitement parcimonieux de signaux biologiques dans BSAN. Financement Pracom. Encadrement de la Thèse de Mr Paul Chollet soutenue en novembre 2017

AHAD (Analyse d’Haleine pour Aide au Diagnostic), en collaboration avec l’IMT Lille Douai et le CHUde Lille, thématique des nez artificiels. Encadrement de la Thèse de Mr Paul Le Maout soutenue en décembre 2019, 

DRChim (Détection de Risques Chimiques), thèse DGA en collaboration avec l’IRDL de l’Université de Bretagne Sud, Equipe : Encadrement du travail de thèse de Mr Pierre Laquintinie, 

SAFIRS : (Smart Air Filtration & Remote Sensing) Projet ANR, 

OCULENS, Lentille de contact instrumentée pour analyse du regard, Encadrement de la thèse de Mr Loïc Massin, 

CREENO, Conception et développement de méthodes de détection du virus SARS-CO-V2 dans l’air expulsé par un patient. 

NanoDetox (Smart nanomaterials and a soldier alarm badge to detect toxic gases by mobile devices), projet OTAN  (2021-2024)

 

Le projet OCULENS

Ce projet a démarré en 2018 avec la thèse (soutenance en novembre 2021) de Loic MASSIN. Ce projet vise à développer des lentilles intelligentes instrumentées. Une première étape a permis d’implanter, dans une lentille sclérale, un système de détection de la direction du regard (oculométrie). Constitué d’une monture incluant des sources infrarouges (IR), de photorécepteurs IR, ainsi que d’un ASIC mixte de traitement (analogique/numérique), ce prototype permet de calculer les angles d’orientation de l’œil. Cette approche radicalement différente des systèmes oculométriques classiques qui sont basés sur l’analyse d’images vidéo, apporte de réelles améliorations en termes de précision REF et de dispersion. Elle permet également un degré de liberté supplémentaire car le couple lentille/monture peut être utilisé en toute mobilité. D’un point de vue électronique les contraintes de consommation sont particulièrement fortes, nécessitant des méthodes de conception particulières basées sur l’utilisation de transistors MOS polarisés sous le seuil.

Ce projet est amené à se développer à court terme car il reste à intégrer le système d’alimentation et de transmission RF de données pour l’instant réalisé par un TAG NFC du commerce. Il convient donc de complexifier l’ASIC lui adjoignant ces fonctions de récupération d’énergie et d’émission RF spécifiques à ce système. Les perspectives sont également très importantes car elles amènent l’œil augmenté. Car si pour l’instant seule la fonction oculométrique a été développée, d’autres fonctions avancées comme un afficheur intégré ou un actuateur ouvre la porte à un nouveau type d’interface homme/machine.

 

 

Capteur et traitement spécifique pour l’imagerie médicale.

La tomographie par émission de positons (PET SCAN) est une technique d'imagerie médicale nucléaire qui est devenue un outil indispensable dans le domaine du diagnostic du cancer, grâce à l'utilisation de fluorodéoxyglucose marqué au 18F qui s'accumule sur des structures à fort taux métabolique telles que les tumeurs. L'émetteur de positrons injecté conduit, par annihilation positron-électron, à l'émission en coïncidence de deux photons gamma de 511 keV dos à dos, détectés par des détecteurs à scintillation. Il existe une pression constante pour réduire la dose injectée et la durée de l'étude tout en maintenant la précision qualitative et quantitative de l'image. Une solution technologique potentielle qui permettrait de réaliser ces objectifs est en cours de développement au laboratoire Subatech (IMT Atlantique) depuis quelques années avec le concept d'imagerie à trois photons ou 3-γ appelé XEMIS. Cette technique (figure 5) est basée sur l'utilisation d'un émetteur (β+, γ) le Scandium 44 (44Sc). Bien que l'annihilation du positron produise encore deux photons gamma de 511 KeV (comme dans l'imagerie TEP standard), il y a émission simultanée d'un troisième photon gamma à 1,157 MeV. Ce troisième gamma permet d'incorporer des informations spatiales supplémentaires par rapport à un traceur TEP classique. L’ensemble du système fonctionnant dans du Xénon liquide à -110°C. C’est dans ce contexte que j’ai entamé une collaboration avec le laboratoire Subatech afin dans un premier temps de travailler sur l’acheminement et la répartition des nombreuses données issues des capteurs (projet A2TRIX) et dans un second temps sur des détecteurs d’évènements lumineux reflétant l’activité de désintégration du ⁴⁴Sc (projet RETIREX). Ceci est le cadre de la thèse de Quentin Lainé.

A2TRIX, Architecture pour Acquisition Temps Réel de données et d’Informations générées par la caméra XEMIS2

RETIREX, REal Time Image REconstruction for 3-gamma photons Xenon camera. Budget 122K€

 

Récupération d'énergie RF

La diminution de la consommation des composants électroniques a permis l’essor d’applications mobiles sans fil. La majeure partie de ces objets communicants sont alimentés par des piles ou des accumulateurs. Même si ces sources d’alimentation ont enregistré des progrès notables au cours de ces dernières années, il n’en reste pas moins que celles-ci restent d’une durée de vie limitée. De plus leur implémentation peut s’avérer problématique en fonction de leur accessibilité (implants médicaux sous-cutanés, textiles,). C’est pourquoi il s’avère judicieux de trouver une alternative à l’alimentation de ces objets. L’objectif de ce travail est de rechercher des techniques innovantes et efficaces de récupération de l’énergie électromagnétique de manière opportuniste. L’environnement ambiant étant en permanence balayé par un rayonnement électromagnétique (dû en grande partie par des émissions radiofréquences), il est très intéressant de pouvoir récupérer cette énergie afin d’alimenter des systèmes électroniques autonomes Les applications visées concernent les objets communicants, les réseaux de capteurs, et tous les systèmes nécessitants une certaine autonomie énergétique. Sont également visés les capteurs embarqués sur les personnes, dans le cadre d’applications biomédicales par exemple, qui requièrent une liberté de mouvement. Une thèse entreprise par Mme Véronique KUHN a été initiée afin de répondre à ces demandes. Ce travail  a permis de déposer un brevet concernant une solution originale de récupération d’énergie électromagnétique . Parallèlement le projet SMARTSENSING a été démarré afin de réaliser des vêtements (Dshirt) incluant des capteurs autonomes en énergie. Actuellement, un projet de récupérateur d’énergie RF est mené conjointement avec la société 4MOD qui souhaitent trouver des solutions alternatives à l’alimentation de dispositifs qu’ils commercialisent (télécommande, réseaux de capteurs)

CAPTURE : Capture d’énergie opportuniste pour capteurs autonomes. Pracom 

SMARTSENSING : intégration d’un réseau de capteur directement dans la fibre textile du vêtement. Financement OSEO national. B

GMOD : Récupération d’énergie RF pour système de communication autonomes