Les réseaux de capteurs intelligents et les algorithmes d'IA réduisent la fatigue des conducteurs.
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Des chercheurs de l'institut Fraunhofer ont mis au point un système qui utilise des capteurs et l'intelligence artificielle pour surveiller la charge cognitive d'un conducteur. À l'avenir, cette technologie pourrait réduire la fatigue des conducteurs lorsqu'ils atteignent leur seuil de stress. Le système peut également être appliqué dans d'autres domaines, comme pour les pilotes ou les chirurgiens. Les chercheurs utilisent pour ce projet un réseau de capteurs innovant, ainsi qu'un jeu vidéo sur PC pour la préparation de sushis virtuels.
Conduire semble si naturel que beaucoup de gens ne se rendent même pas compte de la quantité énorme d'informations qu'ils doivent traiter au volant. L'écran affiche la vitesse, le régime moteur et le niveau de carburant ; le système de navigation indique l'itinéraire ; il faut respecter les feux de circulation , la signalisation et les autres usagers de la route. De plus, le conducteur peut être en train de parler à ses passagers ou d'écouter les informations à la radio. Lorsque le conducteur atteint sa limite de charge cognitive et doit prendre une décision dans une situation de circulation critique, la situation peut devenir dangereuse.
Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés IIS d'Erlangen développent un système destiné à aider les personnes à réaliser des activités complexes dans divers environnements, en tenant compte de leurs limites cognitives. Ils mettent en œuvre deux technologies propriétaires à cette fin : un réseau de capteurs mesurant des biosignaux tels que le pouls, la fréquence respiratoire et les mouvements, et des algorithmes d'intelligence artificielle capables de détecter lorsqu'une personne atteint ses limites cognitives.
Les critères d’évaluation des biosignaux ont été définis sur la base d’études dans lesquelles les chercheurs ont étudié la relation entre les biosignaux et la charge cognitive chez les sujets testés .
En pratique, le système pourrait permettre à l'électronique du véhicule de décharger le conducteur de certaines tâches afin de réduire la complexité globale, ou simplement de recommander une pause à la prochaine aire de repos.
Réseau de capteurs mobiles et multimodaux
Pour concrétiser leur idée, les chercheurs de l'institut Fraunhofer ont développé le réseau de capteurs maphera. « Nous avons intégré un grand nombre de capteurs différents dans un système qui fonctionne aussi bien en laboratoire que sur mobile, ce qui permet de l'utiliser dans une grande variété de situations. maphera est de conception modulaire. Selon l'application ou les exigences, nous combinons différents capteurs », explique Norman Pfeiffer, responsable du groupe Systèmes de capteurs médicaux chez Fraunhofer IIS.
Ces systèmes de capteurs peuvent être intégrés aux vêtements ou incorporés dans des bracelets et des patchs intelligents : des capteurs sans fil, généralement adhésifs à la peau, capables de surveiller en continu les biosignaux. Les données sont ensuite transmises via Bluetooth Low Energy (BLE).
Ce qui paraît simple est en réalité techniquement complexe. En effet, chaque capteur est équipé d'un microcontrôleur différent, fonctionnant à une fréquence d'horloge différente. Pour des mesures de courte durée, cela ne pose pas de problème.
Cependant, lors de leur utilisation en conduite ou dans le domaine de la sécurité au travail, les mesures durent souvent plusieurs heures. Dans ces cas, des dérives d'horloge s'accumulent et les biosignaux se désynchronisent. Ils ne peuvent alors plus être associés au même instant. Les chercheurs de l'institut Fraunhofer sont parvenus à calculer les dérives d'horloge causées par les différents microcontrôleurs lors de la collecte des données des capteurs .
« Grâce à notre système, les données sont parfaitement synchronisées, avec une tolérance de seulement 30 microsecondes », explique Pfeiffer. D'où le nom du projet, maphera. Ce nom vient du grec ancien et signifie « transférer simultanément ».
Le nœud de capteur Maphera miniaturisé, dépourvu de boîtier, enregistre un ECG. En interconnectant deux cartes de circuit imprimé, les nœuds de capteur individuels peuvent être adaptés à d'autres applications. Crédit : Fraunhofer IIS / Stephan Göb
Évaluation de la charge cognitive à l'aide de jeux vidéo
La seconde partie de ce vaste programme de recherche porte sur la relation entre les biosignaux et la charge cognitive. Les sujets testés effectuent des tâches de difficulté croissante dans une cabine d'exposition où ils ne sont pas perturbés par des influences extérieures telles que les variations de température, les courants d'air ou le bruit.
Pour accomplir ces tâches, ils jouent à des jeux vidéo. Dans le rôle d'un chef ou d'un employé de cuisine dans un restaurant de sushis, ils prennent les commandes et préparent les sushis. Au fil du temps, le nombre de commandes et la complexité des plats commandés augmentent. Pendant que les sujets effectuent leurs tâches, des capteurs enregistrent leurs signaux biologiques.
Ces données sont ensuite recueillies et combinées avec les résultats du test n-back, un test psychologique standard qui évalue les capacités cognitives telles que l'attention et la mémoire. Les tests sont suivis d'entretiens individuels avec les participants.
Nadine Lang-Richter, responsable du groupe d'analyse des données médicales chez Fraunhofer IIS, explique : « Dans la dernière étape, nous rassemblons toutes les informations et les analysons à l'aide d'algorithmes d'IA que nous avons développés en interne. Cela nous permet de créer un profil de charge cognitive personnalisé. »
Systèmes de surveillance du conducteur dans les voitures neuves
De tels systèmes pourraient utiliser des capteurs, notamment des caméras, pour surveiller les conducteurs et intervenir lorsqu'ils atteignent leur limite de charge cognitive. Les constructeurs automobiles manifestent un vif intérêt pour cette technologie, car les systèmes avancés d'alerte de distraction du conducteur (ADDW) basés sur des caméras seront obligatoires sur les voitures neuves à partir de 2026, conformément au règlement général de l'UE sur la sécurité (règlement (UE) 2019/2144).
Ces systèmes sont conçus pour évaluer l'attention du conducteur et seront également obligatoires pour les véhicules autonomes. Là aussi, le conducteur doit rester vigilant afin de pouvoir intervenir rapidement en cas d'urgence.
Formation des pilotes
Les nouvelles technologies de Fraunhofer pourraient également trouver des applications dans l'aviation. Pour les pilotes, le profil de charge individuel pourrait compléter et optimiser leur formation. À l'avenir, ces technologies pourraient même être utilisées en salle d'opération. Les systèmes de surveillance permettraient d'accroître la sécurité des interventions chirurgicales longues, qui exigent une performance et une concentration soutenues pendant de nombreuses heures.