Nous vivons dans un monde de capteurs. Nous en avons presque tous plusieurs dans notre poche, au coeur de nos smartphones. Chaque nouveau dispositif électronique qui voit le jour ne cesse de nous en proposer de nouveaux. La liste de ce qu’ils permettent de mesurer et d’actionner ne cesse de s’allonger, nous dotant chaque jour de nouveaux « super-pouvoirs ». Leur évolution et leur amélioration constante nous promettent qu’ils seront toujours capables de faire mieux, de faire plus que ce qu’ils font. Comme si le progrès technique qu’ils assuraient et l’amélioration incessante de leur fiabilité qu’ils promettaient étaient ceux d’une augmentation continue de notre connaissance de nous-mêmes, de nos capacités et de celles de notre environnement.

Une même technologie, des milliers de combinaisons

Dans la fascination que ces nouvelles capacités distillent, nous nous interrogeons rarement de connaître leurs limites, éblouies par les possibilités qu’ils permettent d’envisager. Parce que nous avons intégré la loi de Moore et que nous avons vécu l’amélioration constante des capacités des capteurs, nous envisageons sans ciller que leur miniaturisation et leur évolution progresseraient sans fin. Pourtant, même sous une technologie identique, les capacités d’un capteur, d’un système, sont différentes d’un dispositif l’autre.

Prenons un exemple qui n’est pas dans le domaine de la santé, comme la télédétection par laser, le lidar. C’est un radar lidar qui permet à la voiture autonome de Google de rouler, qui lui permet plus précisément de déterminer la distance de tous les objets qui l’entourent à plusieurs dizaines de mètres. Or, pour rendre une voiture consciente de son environnement, il faut une télédétection par laser très précise et de longue portée. Le lidar qui équipe les voitures autonomes de Google se vend aux environs de 80 000$. Mais on en trouve d’autre, comme le le Cruise RP-1, à 10 000$. Ce lidar moins précis ne permet pas beaucoup d’autres choses que de filer en ligne droite sur l’autoroute. Le Lidar-Lite de Pulsed Light ou le Lidar à 99$ de Nadir Bagaveyev sont eux adaptés aux drones et a peu de chose d’autre. Le projet Tango de Google (vidéo) qui consiste à adapter la télédétection aux smartphones pour mesurer son environnement n’a pas la précision de ceux qui équipent la voiture de Google. Il ne permettra pas demain que votre smartphone puisse conduire votre voiture. Son manque de précision, la distance qu’il télédétecte, le fait qu’il n’observe pas son environnement à 360° sont autant d’éléments qui le rendent inadapté à certaines mesures et donc à certaines actions. Enfin, les capacités de traitement des ordinateurs qui équipent les voitures de Google, le nombre de signaux à traiter, la précision et la vitesse requise… n’ont rien à voir avec celles des smartphones imaginés pour Tango.

Vidéo : comment fonctionne Tango.

Et pourtant, tous ces projets de radars personnels que l’on voit passer au gré de l’actualité, entretiennent l’illusion que le futur est déjà là comme disait le designer Nicolas Nova, le possible est déjà une perspective. L’amélioration logicielle et la miniaturisation semblent nous promettre une amélioration sans fin de leurs capacités, toujours capable de dépasser leurs limites matérielles. Pourtant, entre le possible et le réel, force est de constater qu’il faut souvent traverser la grande vallée de la désillusion.

Quel est le degré de précision de nos capteurs ?

Le problème est que nous connaissons bien mal les capacités des capteurs de nos téléphones. Quel est le degré de précision de l’accéléromètre ou du gyroscope de votre smartphone pour mesurer vos tremblements ? Votre smartphone est-il doté de la dernière génération de capteur ou d’une plus ancienne ?… Démultipliez la question par le nombre de téléphones accessibles sur le marché passé, présent et à venir et le problème va prendre tout de suite une tout autre ampleur.

A l’heure où les téléphones se dotent d’applications de santé, comme Google Fit ou Apple Health, à l’heure où chaque téléphone permet d’accéder à des applications de santé, de fitness ou de bien être, qui semblent nous promettre de surveiller avec toujours plus d’acuité nos capacités physiologiques, à l’heure où les acteurs de l’assurance envisagent d’utiliser ces capteurs pour redéfinir les risques que prennent leurs assurés (voir « L’assurance auto basée sur le comportement arrive en France », « Une compagnie d’assurance qui paye les gens pour qu’ils restent en bonne santé » et « Apple approche les mutuelles pour divulguer nos comportements »), à l’heure où la médecine est sommée de s’intéresser à ces applications du fait de l’engouement des usagers, il nous a semblé intéressant de rappeler les limites de ces promesses. Le futur est toujours un peu plus complexe que ce qu’on nous en présente. Car si nos systèmes d’assurance ou de santé doivent demain reposer sur les mesures produites par ces capteurs, qui nous assurera de leur validité ? Qui débrouillera la lourde question de la légitimité des applications, des dispositifs, des capteurs ? A partir de quand un capteur devient-il suffisamment fiable, « suffisamment bon » pour proposer des données qui aient du sens ? Quelle est la précision du micro que vous utilisez ? Permet-il d’écouter votre souffle si vous êtes asthmatique et de détecter un trouble de votre capacité respiratoire ? Est-ce sa qualité propre qui le lui permet ou la qualité du logiciel qui accompagne cette fonction (capable de réduire certains bruits et d’en amplifier d’autres ?) ? En ce cas, votre téléphone est-il suffisamment puissant et fiable pour faire fonctionner ce logiciel ? Quelle est la part d’erreur acceptable du logiciel dans sa capacité à augmenter la détection d’un problème ?…

La qualité de votre caméra permet-elle de surveiller vos mélanomes, de mesurer leur évolution en les prenant en photo, de ne pas tronquer leur couleur, leur texture ? Le logiciel peut-il réparer les images insuffisantes en qualités, surveiller leur évolution, même si vous les prenez en photo depuis des distances différentes ?

Le degré de précision de votre accéléromètre permet-il de faire une mesure fiable de l’évolution de vos tremblements liés à la maladie de Parkinson ? Que se passe-t-il si l’application logicielle que vous utilisez est très bonne, mais que le téléphone que vous utilisez est lui doté de capteurs qui ne le sont pas, faussant les mesures réalisées ? Qui vous en informe ? Qui est responsable ? Vous, utilisateur inconscient ? Le développeur de l’application ? Le constructeur du smartphone ? Vers qui se retournera la famille d’un coureur mort d’un arrêt cardiaque parce que son téléphone lui indiquait que son rythme cardiaque était optimal, alors qu’il était en arythmie ?…

De la fiabilité des capteurs

Chemisense est une startup qui vient de mettre au point un capteur chimique portable rapporte Rachel Metz pour la Technology Review. La startup ne sait pas encore très bien comment elle va commercialiser son produit, mais elle semble sûre de la qualité de sa puce, capable de « détecter la présence de produits chimiques autour de vous en temps réel ». La puce est capable de détecter une douzaine de produits chimiques et de composés dont le benzène, l’hexène, le dioxyde d’azote, le monoxyde de carbone et travaille à en détecter 19 autres. Mais, comme le souligne la journaliste de la Technology Review, la technologie n’est pas aussi sensible que le voudrait la startup, en tout cas, elles sont bien moins sensibles et précises dans leurs mesures que les stations de surveillance de la qualité de l’air. Pour le chimiste et environnementaliste Ted Zellers, on peut certes utiliser différentes techniques pour détecter des produits chimiques différents, mais le problème de la solution de Chemisense est que si plusieurs produits chimiques sont présents simultanément, la capacité du capteur à détecter les produits chimiques tombe à plat ! En outre, la capacité de détection de ce type de capteurs est trop faible pour détecter l’exposition dans des lieux fermés par exemple. Tant et si bien que quand l’appareil ne produit pas de signal, comme quand il en produit un, on pourra se demander s’il est réel ou pas…

Même chose avec d’autres spectromètres, comme Allergen Beagle, le scanneur de nourriture domestique, un prototype conçu par Sebastian Goudsmit qui permettrait de faire un test allergique sur n’importe quel aliment pour en connaître la nature. L’idée : offrir un outil simple à ceux qui, de plus en plus nombreux, sont victimes d’allergie alimentaire. Le système serait ainsi capable de détecter la présence d’arachide, de crustacés, de gluten, de lactose, de noisette, d’oeuf, de soja, d’amande et de sésame. Dans la même idée, TellSpec (vidéo) est lui un scanner alimentaire de poche, qui, grâce à un spectromètre à infrarouge connecté à un smartphone, permettrait de détecter allergènes, produits chimiques, nutriments et calories présents dans les aliments… Mais ces détections seront-elles fiables ? Que mesurent-elles ? L’arachide par exemple est un assemblage de différentes molécules dont certaines molécules sont différemment allergisantes selon les individus. Quelles molécules mesurent précisément ces appareils ? Quelle sera la complexité d’échantillonnage de la base de données permettant à l’appareil de comparer ses mesures avec celles existantes pour identifier ce qui lui sera montré ?…

Vidéo : comment fonctionne TellSpec.

Ces exemples posent en creux la fiabilité des capteurs et des modèles qui leur permettent de fonctionner. La réalité de ce qu’ils mesurent, les limites de ce qu’ils sont capables de mesurer pose question à mesure qu’ils se répandent. A partir de quand deviennent-ils efficaces ? Fiables ? Scientifiques ? Les dénégations des scientifiques sur les outils de mesure personnels ne sont pas toujours sans fondements et les interrogations des bricoleurs du Quantified Self sur la fiabilité des différents capteurs à leur disposition également. Or, à mesure que les capteurs se disséminent, promettent de tout mesurer, la réalité de cette mesure pose question ? A nouveau, à partir de quand un capteur est-il suffisamment précis pour être fiable ?

L’exemple des cardiofréquencemètres

Sharon Profis, journaliste à Cnet.com a testé les cardiofréquencemètres, ces bracelets qui surveillent votre état de santé. Et ce qu’elle en rapporte est plutôt éclairant. En compagnie d’un cardiologue américain, elle a testé plusieurs bracelets en même temps que le spécialiste mesurait avec un électrocardiographe médical son rythme cardiaque… Et les résultats étaient parfois disproportionnés entre les mesures officielles et les mesures de ces capteurs. Sur un tapis roulant, l’électrocardiographe affichait ainsi un rythme cardiaque de 146 pulsations minutes, quand un Basis Carbon Steel n’en affichait que 93 ! Elle a décidé de tester 5 de ces bracelets, dotés d’une technologie optique, quand les électrocardiographes, eux, captent les impulsions électriques de vos battements de coeur.

Ces moniteurs sont certes destinés aux utilisateurs occasionnels. Tous indiquent d’ailleurs qu’ils conviennent à une utilisation occasionnelle, pas à des usages médicaux ou à des athlètes de haut niveau. Les sportifs qui veulent mesurer plus précisément leurs efforts ont intérêt à se doter d’appareils dotés d’une sangle de poitrine ou à utiliser la bonne vieille méthode du doigt sur le poignet… rappelle la journaliste.

Image : Sharon Profis en plein test des cardiofréquencemètres, par CNet.

La biologie humaine rend les détections optiques que proposent les bracelets-capteurs du marché difficile, explique la journaliste. La détection optique nécessite que vous soyez immobile, que vous ne transpiriez pas… Souvent, ils vous indiquent d’ailleurs que vous êtes trop actifs pour prendre une mesure. En fait, rappelle la journaliste, les cardiofréquencemètres à usages non médicaux ne sont pas soumis à la régulation de la FDA, l’agence fédérale américaine qui autorise la mise sur le marché d’aliments et de médicaments. Parmi les 5 appareils testés, seul le smartphone de Samsung avec son moniteur intégré qui mesure le rythme cardiaque au bout des doigts plutôt qu’au poignet a donné les mêmes résultats qu’un électrocardiogramme. La transparence des doigts rendant la lecture optique plus facile qu’une lecture optique au poignet.

L’amélioration des capteurs est bien sûr un enjeu industriel, à l’image de ce nouvel accéléromètre proposé par mCube que rapporte la Technology Review : plus petit, plus précis, plus économe en énergie, proposant un signal de meilleure qualité que ses prédécesseurs et moins cher. Mais comment saurons-nous, nous, consommateurs, que le smartphone que l’on achète en est équipé ? Quelle certification nous en informera ?

La précision un idéal inatteignable ?

Qui saura si le smartphone que vous vous apprêtez à acheter est équipé du nouvel accéléromètre de mCube ou d’un accéléromètre contrefait, démodé ou peu puissant ? Pourtant, la qualité de l’accéléromètre intégré dans votre téléphone a une incidence directe sur les mesures que peut produire une application comme SleepCycle, qui se propose d’analyser votre cycle de sommeil simplement en plaçant votre téléphone sur votre matelas afin que les capteurs de mouvements déterminent votre état de sommeil. On peut se douter bien sûr que ce type de mesure sera toujours moins efficace que l’utilisation d’un capteur spécifique.

Un capteur de sommeil spécifique pour le grand public, il y en a eu un : le Zeo. Or, cet appareil de mesure du sommeil n’existe plus. Zeo a fermé en mai 2013 rapportait Techcrunch, concurrencé par les capteurs comme Fitbit ou Jawbone, malgré leur qualité bien moindre, comme le soulignait Joe Betts-LaCroix qui en avait fait un comparatif. Zeo consistait en un capteur qui se posait sur le front et qui mesurait les ondes alpha plutôt que les mouvements durant le sommeil comme le font les bracelets ou les smartphones. Ce capteur avait pourtant réussit des tests de qualité montrant que les données qu’il produisait étaient assez proches de la précision d’outils professionnels provenant d’un laboratoire scientifique du sommeil.

« Assez proche », mais pas aussi précises ou exactes… Et c’est bien contre cette approximation que l’on bute toujours en évoquant le problème des capteurs appliqués à la santé et au bien-être. Cette approximation pose d’autant problème qu’elle repose sur un ensemble de dispositifs matériels et logiciels, indépendants les uns des autres qui ont chacun leurs spécificités et capacités.

La plupart des microcapteurs n’inspirent que méfiance aux spécialistes, qui utilisent eux des capteurs plus puissants, plus précis et des modélisations ad hoc, qui reposent sur la qualité du matériel, sur la rigueur des protocoles d’usage et des protocoles scientifique, sur des échantillonnages, sur le rétrocalcul pour vérifier voire corriger les calculs effectués. La précision est un idéal inatteignable qui recule à mesure qu’on s’en approche. La réponse des scientifiques à cette imperfection essentielle de toute mesure, c’est la mesure de la mesure (la métrologie), l’accumulation des mesures, des modèles, et la mesure de leurs variations. Derrière toute mesure se dissimulent des modèles, des représentations. Dont l’enjeu n’est pas tant de mesurer, que de mesurer des écarts par rapport à des modèles.

Ces protocoles sont loin de l’empowerment et de l’émancipation que prônent les promoteurs des applications, qui souvent proposent d’améliorer le modèle en marchant, avec les utilisateurs. Enfin, si les modèles existent pour mesurer la maladie, ils sont bien plus fragiles à mesurer le bien-être, c’est-à-dire les variations de la norme elle-même…

La précision des mesures n’est pas agnostique aux usages. Et ces questions viennent en concurrence avec celles des utilisateurs qui cherchent des outils simples, capables de leur apporter le plus d’information pour un coût minimum, peu sensible finalement à ces questions de fiabilité qu’ils pensent acquises ou suffisantes, mais confus eux-mêmes entre leurs demandes, leurs besoins et leurs espoirs. Et que la complexité de l’offre ne vient pas éclairer, notamment parce sous couvert de simplicité, elle n’est pas suffisamment claire sur ses possibilités et ses limites.

Hubert Guillaud

Retrouvez le dossier « Applications de santé » :

• 1e partie : que captent les capteurs ?
• 2e partie : bienvenue dans la jungle !
• 3e partie : et si on devenait sérieux !