Ce mini-capteur s’alimente tout seul, sans pile ni batterie

Des chercheurs du MIT ont développé un petit capteur capable de fonctionner sans pile ni batterie, en produisant lui-même son énergie à partir d’un champ magnétique disponible dans son environnement direct. Cette approche pourrait permettre de contourner les limitations traditionnellement associées à ces petits dispositifs pour réaliser de grands progrès dans de nombreux domaines de l’ingénierie.

Le capteur en question est un petit thermomètre Bluetooth assez classique, à une différence près. Au lieu d’être intégré à un circuit électronique, il peut se fixer autour d’un câble sans y être connecté. Pour s’alimenter en énergie, au lieu de puiser dans une batterie intégrée, il exploite le champ magnétique produit par la circulation du courant dans le câble avoisinant.

« C’est de la puissance ambiante — une énergie qui peut être exploitée sans connexion spécifique comme une soudure », explique Steve Leeb, auteur principal de l’étude et professeur d’ingénierie électrique au MIT. « Cela le rend très facile à installer et à utiliser ».

Un mini-circuit à la fois robuste et délicat

Pour arriver à ce résultat, les ingénieurs ont dû jongler avec plusieurs prérequis pas évidents à faire cohabiter. Pour commencer, le capteur devait être capable de se mettre en route spontanément, sans apport externe d’électricité. Il devait aussi pouvoir conserver une petite quantité d’énergie pour pouvoir alimenter le capteur en permanence. Et le tout devait pouvoir tenir sur un circuit à très basse puissance, en tenant compte des restrictions de tensions très strictes dont souffre ce genre de matériel.

Une équation très difficile à résoudre, surtout à cause du système de communication qui doit fonctionner en permanence avec une quantité de courant très limitée. « S’assurer que le capteur stocke assez d’énergie pour transmettre des données est un défi constant qui demande une conception méticuleuse », explique un des co-auteurs de l’étude.

Les chercheurs ont opté pour de petits condensateurs, tout juste suffisants pour permettre à l’engin de se mettre en route spontanément et conserver un minimum de charge, mais assez petits pour qu’ils puissent se charger très rapidement. En parallèle, ils ont équipé leur circuit d’un microcontrôleur qui héberge une série d’algorithmes de contrôle. Ces derniers permettent de mesurer et de budgéter l’énergie collectée, stockée et utilisée en temps réel pour déterminer si le capteur doit se mettre en route, effectuer une mesure, ou ajuster les paramètres du système de collecte.

Un dispositif versatile au potentiel très concret

Ce n’est encore qu’une preuve de concept, mais elle pourrait permettre aux ingénieurs de collecter des données précieuses et généralement difficiles à obtenir. Les chercheurs donnent l’exemple du moteur d’un gros navire, comme un porte-conteneurs de gros calibre. Ce sont des machines immenses dont les dimensions se mesurent parfois en dizaines de mètres, ce qui rend leur maintenance extrêmement complexe.

Il pourrait donc être intéressant d’installer des dizaines de capteurs à chaque point critique du système pour surveiller ses performances en temps réel, et pour faciliter l’intervention des équipes techniques en cas de pépin. « Par exemple, mesurer les vibrations produites par une pompe pourrait renseigner l’équipage sur la santé des éléments structuraux », explique John Donnal, professeur adjoint d’ingénierie à l’académie de l’US Navy.

Le problème, c’est que l’alimentation électrique est souvent un gros casse-tête dans ce contexte. « Trouver un accès à une source d’énergie sur un navire peut être difficile, parce qu’il y a très peu de prises et des restrictions très strictes par rapport aux équipements qui peuvent y être branchés », précise Donnal.

En outre, il y a certains systèmes qui sont trop difficiles d’accès pour justifier l’installation d’un capteur à batterie qu’il faudrait remplacer régulièrement. Dans ce genre de contexte, un capteur entièrement autonome pourrait donc faire une vraie différence. « Parfois, nous n’avons même pas le luxe de pouvoir envoyer un technicien pour remplacer un dispositif. À la place, notre système n’a besoin d’aucune maintenance, puisqu’il collecte de l’énergie pour s’alimenter lui-même ».

Des données au service de l’innovation

Mais le vrai intérêt de ce genre de système, c’est qu’il ne s’agit que d’un exemple isolé. En extrapolant, on peut imaginer un tas d’autres applications à ce genre de capteur autonome dans des domaines divers et variés. « Des systèmes capables de collecter ainsi de l’énergie pourraient permettre d’équiper de nombreux engins d’une grande variété d’outils de diagnostic afin de réduire significativement le coût de la maintenance », indique Donnal.

Et surtout, en collectant constamment des données sur des éléments traditionnellement très difficiles à contrôler en permanence pour diverses raisons, ce genre d’approche pourrait permettre aux ingénieurs d’améliorer leurs créations en identifiant des problèmes quasiment imperceptibles, mais tout à fait significatifs.

« Si on se contente de prendre les mesures dont on pense avoir besoin, on peut rater des données vraiment précieuses. Avec plus d’informations, on pourrait apprendre des choses complètement inattendues sur le fonctionnement de certains dispositifs », explique Leeb. Il sera donc intéressant de voir si ces capteurs autonomes se trouveront bientôt des applications concrètes dans des industries telles que la fabrication, l’ingénierie civile et structurale, ou encore l’aérospatiale.

🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, abonnez-vous sur Google Actualités. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.