Les empreintes digitales ne sont pas les seuls traits biométriques qui nous distinguent. La façon dont chaque personne marche est unique et peut servir non seulement à les identifier, mais aussi à être un indicateur de leur état d’esprit et de leur santé.

Une équipe de chercheurs a développé des capteurs à distance qui analysent les pas en mesurant de petites vibrations dans le sol, et les a utilisés pour reconnaître des individus spécifiques marchant dans un bâtiment et pour tester une nouvelle méthode de surveillance à distance du bien-être.

La marche est « une caractéristique très distinctive », explique Hae Young Noh, un ingénieur civil et environnemental qui a commencé cette recherche à l’Université Carnegie Mellon et a ensuite déménagé à Stanford. Il peut révéler « qui vous êtes, où vous êtes, ce que vous faites ou même votre état cognitif ». Si les capteurs détectent un type d’empreinte, le logiciel peut l’analyser pour vérifier l’identité de l’individu. Les systèmes précédents étaient précis à 95%, explique l’ingénieur électricien et informaticien Vir Phoha de l’Université de Syracuse, qui n’a pas participé à la nouvelle étude.

Et les types de démarche fournissent plus qu’une identification, poursuit Phoha : « Vous pouvez apprendre beaucoup de la façon dont une personne marche ; notamment des informations sur votre santé ». Par exemple, si quelqu’un commence à porter plus de poids d’un côté, il pourrait avoir un problème neurologique. Ces données aideraient les médecins à suivre les personnes âgées et autres populations à risque qui souhaitent vivre de manière autonome: suivre l’évolution des sujets permettrait de contrôler leur état de santé sans envahir directement leur espace.

Jusqu’à présent, pour obtenir des informations sur la marche, les sujets devaient être équipés d’appareils portables ou obligés de marcher sur des tapis spéciaux ou des sols modifiés. Mais Noh, avec l’ingénieur en informatique et électricité Pei Zhang et d’autres collègues de l’Université Carnegie Mellon, voulait développer des capteurs de pas portables et télécommandés. Les scientifiques ont profité du fait que les sols et murs habituels captent les vibrations (même légères) générées par l’activité exercée dans l’espace qu’ils renferment. « Nous utilisons de grandes structures physiques, telles que des bâtiments ou des ponts, comme capteurs pour surveiller indirectement les personnes et leur environnement », explique Noh.

Pour capter les vibrations produites par un simple pas, des détecteurs très sensibles sont nécessaires. « Si quelqu’un s’assoit sur une chaise à un mètre de nous et que nous posons l’un de ces capteurs au sol, nous pouvons sentir son rythme cardiaque », illustre Zhang. Chaque capteur, un appareil cylindrique de quelques centimètres de haut, repose sur le sol et est capable d’enregistrer la démarche d’une personne à des distances allant jusqu’à 20 mètres, explique Noh. Les enquêteurs peuvent distribuer une suite de capteurs dans la zone où ils ont l’intention de détecter des pas.

Le groupe a dû « apprendre » au nouveau système à distinguer ces signaux du bruit de fond présent dans tout bâtiment occupé. « La lutte contre le bruit est notre plus grand défi », admet Noh, et il a dû être abordé à la fois au niveau matériel et logiciel . Concernant les composants physiques, chaque capteur dispose d’un amplificateur qui ajuste automatiquement son comportement : lorsque les vibrations produites par les pas semblent provenir de loin, il les augmente ; mais à mesure que le signal devient plus fort et menace de submerger l’appareil, l’amplificateur réduit sa sensibilité.

Une fois que les capteurs ont capturé une étape, le logiciel prend le relais. «Nous appliquons diverses techniques de traitement du signal et d’apprentissage automatique pour distinguer le signal associé à une personne d’un autre bruit qui ne nous intéresse pas», explique Noh. Comme les données obtenues à partir d’autres méthodes de détection de pas (telles que les appareils portables ou les tapis sensibles à la pression), les schémas de marche mesurés avec le nouveau système peuvent être utilisés pour identifier une personne et certains problèmes de santé potentiels. L’équipe a présenté ses travaux lors de diverses réunions scientifiques, comme la récente conférence internationale sur l’analyse modale, organisée en février par la Society for Experimental Mechanics.

Le système affiche l’activité des passants en direct sur un écran d’ordinateur, rappelant la « carte du maraudeur », une carte magique qui révèle la position de chaque personne dans les livres et films Harry Potter. Cependant, cette carte fictive reflète un emplacement unique, tandis que les nouveaux capteurs de pas pourraient être utilisés dans n’importe quel bâtiment, explique Eve Schooler, ingénieure principale et directrice des réseaux émergents de l’Internet des objets chez Intel.

Schooler, qui n’a pas participé au projet mais a collaboré avec les chercheurs à d’autres occasions, souligne que « le plus intéressant est que, grâce à certains des algorithmes qu’ils ont développés, les résultats sont transférables. Il n’est pas nécessaire de refaire le calibrage pour reconnaître la marche d’une personne dans un autre bâtiment : ils ont des techniques qui s’en occupent ». Une fois que le système expérimental « apprendra » comment un individu marche, la suite de capteurs pourra l’identifier au bureau ou à la maison.

Étant donné que les appareils sont abordables (Noh estime que chacun coûterait entre 10 et 20 dollars à produire) et qu’il suffit de les placer tous les 20 mètres pour créer l’image d’un étage entier d’un bâtiment, il semble possible de les utiliser dans une grande variété de paramètres, comme le propose Schooler.

Un tel suivi soulève des problèmes de confidentialité évidents, et les chercheurs suggèrent que leurs capteurs ne devraient être utilisés que dans des applications de soins de santé consensuelles. Ces systèmes de surveillance, disent-ils, aideraient les soignants à détecter quand les personnes âgées risquent de tomber. Ils pourraient également alerter rapidement les hôpitaux pour enfants des symptômes de maladies chroniques, telles que la dystrophie musculaire. Les développeurs affirment que dans de tels cas, les capteurs de pas protégeraient mieux la vie privée qu’une caméra.

« En fait, ce système est né des problèmes de confidentialité que présentent d’autres mécanismes de suivi », explique Zhang. Et sur le plan de la santé, conclut-il, « je suis prêt à céder une petite partie de mes données afin de prévenir les chutes et de détecter les maladies »

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