Un réseau de capteurs intelligents et des algorithmes d’IA soulagent les conducteurs stressés

Les chercheurs du Fraunhofer ont développé un système qui utilise des capteurs et l'IA pour surveiller la charge cognitive du conducteur. À l’avenir, cette technologie pourrait alléger la pression exercée par les conducteurs lorsqu’ils atteignent leur limite de stress. Le système peut également être appliqué dans d'autres domaines, comme pour les pilotes ou les chirurgiens. Les chercheurs utilisent un réseau de capteurs innovant pour le projet, ainsi qu'un jeu PC pour préparer des sushis virtuels.

Conduire semble si naturel que de nombreuses personnes sont à peine conscientes de l’énorme quantité d’informations qu’elles doivent traiter au volant. L'écran indique la vitesse, le régime et le niveau de carburant ; le système de navigation affiche l'itinéraire ; les feux de circulation, les panneaux de signalisation et les autres usagers de la route doivent être respectés. De plus, les conducteurs peuvent parler aux passagers ou écouter les informations à la radio. Lorsqu’un conducteur atteint sa limite de charge cognitive et doit prendre une décision dans une situation de circulation critique, les choses peuvent devenir dangereuses.

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer des circuits intégrés IIS à Erlangen développent un système destiné à aider les individus à réaliser des activités complexes dans divers contextes, tout en tenant compte de leur limite de charge cognitive. Ils mettent en œuvre deux technologies propriétaires à cet effet : un réseau de capteurs qui mesurent les biosignaux, tels que le pouls, la fréquence respiratoire et les mouvements, et des algorithmes basés sur l'IA qui reconnaissent lorsqu'une personne a atteint sa limite de charge cognitive.

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 garantir que l’électronique du véhicule décharge le conducteur de certaines tâches afin de réduire la complexité globale ou simplement recommander une pause à la prochaine aire de repos.

Réseau de capteurs mobiles et multimodaux

Pour mettre en œuvre leur idée, les chercheurs du Fraunhofer ont développé le réseau de capteurs maphera. « Nous avons intégré un grand nombre de capteurs différents dans un système qui non seulement fonctionne en laboratoire mais est également mobile, ce qui lui permet d'être utilisé dans une grande variété de situations. maphera est de conception modulaire. En fonction de l'application ou des exigences, nous combinons différents capteurs », explique Norman Pfeiffer, responsable du groupe des systèmes de capteurs médicaux chez Fraunhofer IIS.

Ces systèmes de capteurs peuvent être intégrés aux vêtements ou intégrés dans des bracelets et des patchs intelligents – des capteurs sans fil intelligents, adhérant principalement à la peau, qui peuvent surveiller en permanence les signaux biologiques. Les données sont ensuite transmises via Bluetooth Low Energy (BLE).

Ce qui semble simple est en réalité techniquement difficile. En effet, différents capteurs sont équipés de différents microcontrôleurs qui fonctionnent à différentes fréquences d'horloge. Avec des mesures à court terme, ce n'est pas un problème.

Cependant, lorsqu'elles sont utilisées au volant ou dans le domaine de la sécurité au travail, les mesures durent souvent plusieurs heures. Dans ces cas, les dérives d’horloge s’accumulent et les biosignaux ne sont plus synchronisés. Ils ne peuvent alors plus être affectés au même instant. Les chercheurs du Fraunhofer ont réussi à calculer les dérives d'horloge provoquées par les différents microcontrôleurs lors de la collecte des données des capteurs.

« Avec notre système, les données sont synchronisées, avec une tolérance de seulement 30 microsecondes », explique Pfeiffer. D'où le nom du projet maphera. Le nom vient du grec ancien et signifie « transférer simultanément ».

Tester la charge cognitive avec des jeux informatiques

La deuxième partie de cette vaste initiative de recherche se concentre sur la relation entre les biosignaux et la charge cognitive. Les sujets de test résolvent des tâches de difficulté croissante dans une cabine d'exposition où ils ne sont pas dérangés par des influences extérieures telles que des changements de température, des courants d'air ou du bruit.

Pour résoudre ces tâches, ils jouent à des jeux informatiques. En tant que chef ou personnel de cuisine dans un restaurant de sushi, ils prennent les commandes et assemblent les plats de sushi. Au fil du temps, le nombre de commandes et la complexité des plats commandés augmentent. Pendant que les sujets testés accomplissent leurs tâches, des capteurs enregistrent les biosignaux de leur corps.

Ces données sont ensuite collectées et combinées avec le test n-back, un test psychologique standard qui examine les capacités cognitives telles que l'attention et la mémoire. Les tests sont suivis d'entretiens individuels avec les sujets testés.

Nadine Lang-Richter, responsable du groupe d'analyse des données médicales chez Fraunhofer IIS, déclare : « 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 personnel. »

Systèmes de surveillance du conducteur dans les voitures neuves

Des systèmes comme ceux-ci 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 puisque les systèmes avancés d'avertissement de distraction du conducteur (ADDW) basés sur des caméras seront obligatoires dans les nouvelles voitures à partir de 2026 dans le cadre du règlement sur la sécurité générale de l'UE (règlement (UE) 2019/2144).

Ces systèmes sont conçus pour évaluer si la personne au volant est attentive et seront également obligatoires pour les voitures autonomes. Ici aussi, le conducteur doit rester vigilant afin de pouvoir intervenir rapidement en cas d'urgence.

Formation de pilote

Les nouvelles technologies Fraunhofer pourraient également être utilisées dans l'aviation. Pour les pilotes, le profil de charge individuel pourrait compléter et améliorer leur formation. À l’avenir, ces technologies pourraient même être utilisées dans les salles d’opération. Les systèmes de surveillance pourraient accroître la sécurité des interventions chirurgicales de longue durée, qui nécessitent des performances et une concentration soutenues pendant de nombreuses heures.