Les biocapteurs de ST ouvrent la voie à de nouveaux types de wearables
En combinant détection des signaux vitaux, détection de mouvements et coeur d’IA embarqué sur une seule et même puce compacte et peu gourmande en énergie, STMicroelectronics étend le champ de fonctionnalités des dispositifs électroniques portés sur soi.
« Aujourd’hui, tout le monde peut porter au poignet une fonction de surveillance de la fréquence cardiaque, de suivi de l’activité et de géolocalisation. Mais notre tout dernier biocapteur franchit un nouveau palier dans le secteur des appareils électroniques portables en assurant à la fois la détection des mouvements et des signaux corporels sur une seule puce ultra-compacte et consommant très peu d’énergie. » C’est en ces mots que Simone Ferri, vice-président du groupe APMS et directeur général du sous-groupe Mems de STMicroelectronics, présente le ST1VAFE3BX, le dernier né des biocapteurs du groupe franco-italien dévoilé lors du salon Electronica qui s’est déroulé la semaine dernière à Munich.
Destiné aux nouvelles générations de dispositifs portables (wearables) de santé tels que les montres intelligentes, les bracelets de sport, les bagues connectées, les lunettes intelligentes ou même les patches connectés, le ST1VAFE3BX se distingue ainsi par son haut degré d’intégration puisqu’il combine dans un boîtier LGA de seulement 2 x 2 mm un frontal analogique vertical (vAFE) pour la détection précise des signaux corporels, avec un accélérateur Mems pour la détection de mouvements et un cœur d’IA embarqué pour le traitement des signaux qui exécute la détection d’activité dans la puce de manière à garantir des performances plus rapides et une consommation d’énergie réduite.
© STMicroelectronics
Le canal de biodétection du capteur ST1VAFE3BX comprend l’entrée analogique verticale avec gain programmable et une résolution en conversion analogique/numérique de 12 bits. Le frontal simplifie la détection de différents types de signes vitaux qui peuvent indiquer des états émotionnels ou physiques, permettant d’élargir le spectre de fonctionnalités des wearables. La fréquence de données de sortie maximale de 3200 Hz convient ainsi à une grande variété de mesures pour quantifier l’activité cardiaque, cérébrale et musculaire, permettant d’inclure dans les wearables des fonctionnalités telles que l’électrocardiographie (ECG), l’électroencéphalographie (EEG), la sismocardiographie (SCG) ou l’électroneurographie (ENG). Ce qui favorise l’émergence de nouveaux appareils portables qui indiquent avec fiabilité l’état de santé ou les réactions physiologiques à des évènements tels que le stress ou l’excitation.
Avec cette entrée analogique de précision, le biocapteur capitalise également sur l’accéléromètre Mems de ST qui fournit des informations sur les mouvements de son propriétaire, lesquelles sont synchronisées avec la détection de signaux vitaux du porteur du dispositif afin d’aider l’application à déduire toute relation entre les signaux mesurés et l’activité physique. L’accéléromètre intégré à faible bruit fonctionne dans une plage programmable à pleine échelle comprise entre ±2 g et ±16 g.
Le ST1VAFE3BX intègre également le cœur d’apprentissage automatique (MLC) et la machine à états finis (FSM) de ST grâce auxquels les concepteurs de produits peuvent implémenter sur la puce des arbres de décision simples pour le traitement neuronal. Ces compétences en IA permettent au capteur de gérer des fonctions telles que la détection d’activité de manière autonome, soulageant ainsi le processeur hôte principal pour accélérer les réponses du système et minimiser la consommation d’énergie.
Le composant fonctionne sous une tension d’alimentation comprise entre 1,62 V et 3,6 V pour un courant de fonctionnement typique de seulement 50 μA, pouvant être abaissé à seulement 2,2 μA en mode basse consommation.
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Cette combinaison au sein d’un boîtier compact unique du signal analogique transmis par le frontal analogique vertical avec les données de mouvement du capteur d’accélération facilite une analyse des données d’autant plus précise et contextuelle que le cœur embarqué assure la prise en charge directe des algorithmes d’IA sur le capteur.
Selon ST, de telles caractéristiques peuvent permettre à son biocapteur de donner naissance à de nouveaux types de wearables, tels que les patchs intelligents pour le suivi du mode de vie ou la surveillance médicale. Les sociétés BM Innovations (BMI) et Pison, deux clients de ST, travaillent par exemple sur ce genre de produits. BMI a par exemple développé un dispositif haute précision de surveillance de la performance des athlètes, avec l’analyse ECG intégrée dans une ceinture thoracique ou un petit patch. De son côté, Pison a amélioré les fonctionnalités de ses appareils portables en exploitant le potentiel du ST1VAFE3BX en matière de reconnaissance gestuelle, de suivi des performances cognitives et de surveillance de la santé neurologique.
A noter que ST fournit également des outils logiciels tels que Mems Studio au sein de la suite ST Edge AI pour aider les concepteurs à maximiser les performances du biocapteur ST1VAFE3BX, ainsi que des outils de configuration d’arbres de décision dans le cœur d’apprentissage automatique.
Le composant est actuellement en production et disponible à partir de 1,5 dollar pour des commandes de 1000 unités.
