Quel type de connectivité pour le marché de la santé ?

Posted By : Alice Matthews
Quel type de connectivité pour le marché de la santé ?

Depuis longtemps, Bluetooth s’est imposé comme la principale technologie de connectivité et, grâce aux développements réalisés, n’a désormais besoin que d'incroyablement peu d'énergie pour fonctionner. Dans le même temps, de nombreux dispositifs alimentés par batterie arrivent sur le marché, à l’heure où les consommateurs portent un intérêt croissant à leur santé et à leur bien-être.

Auteur : Heiner Tendyck, Marketing LSI Système, Toshiba Electronics Europe

Dans certains cas, des dispositifs électroniques très simples utilisés pour la santé deviennent des composants jetables, qui ne sont utilisés que durant quelques jours ou quelques semaines seulement.

Le marché de la santé personnelle se développe très rapidement, notamment grâce aux dispositifs de surveillance personnelle à connexion Bluetooth, qui offrent aux centres médicaux un mode de connexion à distance très pratique pour la surveillance et le diagnostic.

Dans cet article, Toshiba examine certaines des tendances, des applications et des défis posés par cette croissance, avant de passer en revue certaines des dernières technologies capables d’amener la santé portable au niveau supérieur.

Bluetooth : généralités
Initialement développé comme un protocole de communication sans fil à courte portée, Bluetooth "classique" a d’abord été envisagé comme un protocole pour connecter des périphériques informatiques comme des claviers, des souris ou des haut-parleurs. Avec l'arrivée des premiers téléphones portables, Bluetooth est devenu le protocole de choix pour les oreillettes mains-libres.

Puis, alors que les téléphones portables se transformaient en smartphones, Bluetooth a évolué. Le smartphone est devenu un moyen pour certains dispositifs rudimentaires d’accéder à Internet et aux services. Afin de relever le défi de faible consommation des dispositifs mobiles, Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE), littéralement Bluetooth "basse-énergie", est apparu. Actuellement Bluetooth LE est incorporé dans 3 milliards de nouveaux dispositifs chaque année (source : ABI Research, décembre 2016) et ce nombre va continuer de croître alors que de nouvelles applications vont incorporer les versions à venir du protocole.

Figure 1 : Les interfaces homme-machine (HMI pour Human-Machine Interface en anglais) des smartphones et des tablettes sont devenues l'interface naturelle de choix pour toutes les applications. Bluetooth est considéré comme étant la meilleure technologie de connectivité pour HMI

Comme pour tout protocole, la cohérence d’implémentation entre fournisseurs est déterminante pour la réussite. Bluetooth est régi par Bluetooth SIG (Special Interest Group, ou groupe d'intérêt spécial), qui compte plus de 30.000 sociétés membres. A la tête de ce groupe se trouvent sept entreprises instigatrices, notamment Toshiba, qui ont une énorme influence sur l'avenir de Bluetooth. Par conséquent, Toshiba a un accès hors-pair aux nouvelles spécifications, aux informations techniques et aux projets les plus avancés, ce qui lui permet d'adopter les dernières technologies dans ses produits à un stade très précoce.

Applications Bluetooth pour la santé
En permettant à des dispositifs de surveillance de devenir "connectés", Bluetooth LE révolutionne la santé. Les dispositifs de surveillance tels que des moniteurs de niveau de glucose dans le sang, les oxymètres à impulsions, les moniteurs de fréquence cardiaque, ou les inhalateurs anti-asthme, gagnent en popularité. Grâce à Bluetooth, ces dispositifs peuvent se connecter aux PC, aux smartphones et aux tablettes, afin de permettre aux patients de surveiller leur propre bien-être. Au-delà de cela, les données peuvent être transmises aux professionnels médicaux - en temps réel si nécessaire - et ainsi permettre une surveillance sans que le patient n’ait à se rendre de manière répétée au cabinet médical.

Bluetooth LE intègre différentes techniques de chiffrement complexes, qui sécurisent les données personnelles sensibles lors de la transmission. La nouvelle norme Bluetooth (BT4.2) a rajouté de nombreuses fonctions de sécurité. Les fonctions d’intimité incorporées signifient que les dispositifs Bluetooth sont difficiles à traquer, et le nouvel algorithme à courbe elliptique combiné à la gestion intelligente des clés constitue un rempart majeur contre le piratage et la falsification des données. La radio à saut de fréquence de Bluetooth élimine quasiment les interférences réseau et assure un haut niveau d'immunité au bruit RF, ce qui garantit une connexion robuste et fiable en permanence.

A l’heure où les consommateurs font de plus en plus attention à leur santé, Bluetooth permet une révolution qui va bien au-delà des dispositifs "professionnels" et qui engendre un nombre toujours croissant de dispositifs de santé personnels. Les dispositifs les plus répandus sont des wearables (dispositifs à porter sur soi) de fitness, qui surveillent un nombre croissant de paramètres et utilisent une connexion Bluetooth à un smartphone pour se "connecter".

Les derniers dispositifs de santé basés sur la technologie sans fil Bluetooth ne sont limités que par l'imagination des concepteurs et sont notamment des thermomètres infrarouges ; des balances capables de suivre votre indice BMI (Body Mass Index, ou indice de masse corporelle) ; des soutiens-gorge de sport qui surveillent la respiration, la fréquence cardiaque, l'intensité des exercices et les calories brûlées ; des bidons de ravitaillement intelligents ; et même des patches adhésifs pour surveillent l’exposition aux UV ou le taux de glucose dans le sang. Comme les gens vivent plus longtemps, les dispositifs spécialement destinés aux personnes âgées ("aide à la vie courante") sont notamment les "boutons panique" wearables qui leur permettent de communiquer immédiatement avec des professionnels de santé, où qu’ils se trouvent.

Les défis auxquels font face les concepteurs
Alors que les consommateurs demandent plus de fonctionnalités et des temps de fonctionnement plus longs entre recharges, les défis pour les concepteurs de dispositifs sans fil Bluetooth croissent dans tous les secteurs d’applications, notamment dans la santé. Très souvent les exigences sont en concurrence, c’est-à-dire que les concepteurs doivent chercher la dernière technologie et l’implémenter rapidement.

Etant donné que la plupart de ces dispositifs sont portables ils doivent compter sur leur batterie. Pourtant les consommateurs veulent davantage de fonctions, qui tirent plus de courant de la batterie. Comme les dispositifs deviennent plus petits, il y a moins de place pour ajouter du matériel afin d’accroître les fonctionnalités, encore moins d’augmenter la taille de la batterie pour étendre l’autonomie. Nous arrivons rapidement au point où des clients attendent une durée vie de plusieurs années d'une petite batterie pièce-de-monnaie CR2032.

Lors de l'appariement, les dispositifs Bluetooth peuvent être vulnérables au niveau sécurité - les consommateurs font de plus en plus attention et exigent que leurs données personnelles soient conservées et transmises de manière sécurisée à tout moment.

Si cela n'était pas suffisant, le marché de la santé est de plus en plus saturé et, devient donc de plus en plus concurrentiel. On attend des concepteurs qu’ils proposent au marché des dispositifs ultra-miniatures, ultra-haut rendement, avec plus de fonctionnalités et à des prix inférieurs à ceux de la génération précédente.

Appariement privé
En combinant la technologie NFC (Near Field Communication, ou communication en champ proche) au Bluetooth, il est désormais possible de réaliser un appariement sécurisé et une connexion de données sécurisée.

Bien que de prime abord, ceci puisse sembler complexe, dans la pratique c’est assez simple et intuitif. Premièrement, le dispositif de santé doit être placé près du smartphone ou de la tablette compatible NFC. L'énergie provenant de l'appareil mobile "réveille" alors le périphérique Bluetooth, qui transmet ses identifiants de manière sécurisée par NFC.

Lorsque le dispositif de santé détecte la présence du smartphone, il accepte la demande d'appariement et échange un mot-de-passe de manière sécurisée par NFC. Ce transfert sécurisé par NFC évite au mot-de-passe d’être intercepté. L'appariement est immédiatement terminé et les dispositifs peuvent démarrer une communication de données Bluetooth sécurisée, par l'intermédiaire de l'antenne Bluetooth.

Indépendamment de l’aspect sécurité évident, cette approche permet aussi d’économiser de l’énergie. La consommation NFC est négligeable et le Bluetooth n’est allumé qu’une fois la connexion NFC détectée.

Dernières innovations en matière de semiconducteurs Bluetooth
Toshiba a annoncé deux nouveaux CI supportant les communications Bluetooth LE version 4.2. Les TC35678 et TC35679 offrent une consommation très faible, record dans la catégorie, et sont utiles pour les dispositifs de santé.

Figure 2 : schéma fonctionnel des puces Bluetooth Low Energy TC35678 et TC35679

Un convertisseur DC/DC à très haut rendement et un circuit basse-consommation réduisent le courant de près de 46 % par rapport aux produits précédents. Avec une alimentation 3 V, ces CI ont une consommation crête de 3.3 mA, en mode transmission comme en mode réception. En mode sommeil profond, cela descend à 50 nA. C'est (à l'heure actuelle) le plus faible courant crête du marché, ce qui permet à des dispositifs de fonctionner pendant 4 ans voire plus, à partir d’une simple batterie pièce-de-monnaie CR2032.

Le TC35678 comporte 256 Ko de ROM Flash intégrée pour stocker des programmes utilisateur et des données, sans l’aide d’une MCU hôte externe. La capacité mémoire dédiée aux programmes utilisateur est désormais étendue à 83 Ko, ce qui offre plus de possibilités d’extension aux programmes d'application. Cette ROM Flash intégrée évite le recours à une EEPROM externe, et contribue à réduire les coûts et la surface occupée sur la carte, en réduisant le nombre de composants externes. En comparaison, le TC35679 ne dispose d'aucune ROM Flash intégrée et peut par conséquent fonctionner avec un courant encore plus faible. Le TC35679 peut également être associé à quasiment n'importe quel MCU hôte externe, ce qui permet aux concepteurs de choisir et d’adapter le MCU à la puissance de calcul nécessaire.

L’une des caractéristiques les plus utiles de ces dispositifs est leur réseau d’adaptation RF intégré à la puce. En évitant le recours à un circuit d’adaptation, un total de six éléments LC sont retirés de la carte externe. Cela réduit la surface de carte nécessaire d’environ 20 %, tout en réduisant les coûts de nomenclature - deux avantages tangibles pour la conception de dispositifs de santé modernes.

Figure 3 : l’adaptation RF intégrée à la-puce économise de la pmace sur la carte et réduit le coût de nomenclature

À côté de ces CI, Toshiba supporte les développeurs avec un écosystème complet de développement de matériels et de logiciels. Du point de vue du matériel, des kits de démarrage en mode hôte sont disponibles, ainsi qu'un kit de développement autonome, incluant des interfaces USB et SWD.

Le kit de développement logiciel (SDK pour Software Development Kit en anglais) apporte plusieurs avantages importants. À court terme, il permet la réutilisation directe des profils Bluetooth LE existants et l'intégration facile de futurs profils générés dans Bluetooth Developer Sudio. La fonctionnalité haut-niveau pour SPP-classic, Bluetooth LE GATT, et plusieurs profils BLE standard, ainsi qu'un driver d’étiquette NFC optionnel sont également inclus, afin de réduire l'effort d’implémentation et le "time-to-market". Pour simplifier encore la programmation, Toshiba propose une interface logicielle à commandes AT pour systèmes hébergés.

Figure 4 : le SDK complet supporte Bluetooth LE et NFC

Le SDK comprend également le driver NFC pour supporter l’implémentation de l'appariement OoB (Out of Band, ou hors-bande) par l'intermédiaire de NFC. Il supportera aussi Mesh une fois que la norme BT SIG sera disponible. Les ingénieurs logiciel peuvent également tracer le SDK jusqu’aux prochains périphériques Bluetooth Toshiba.

Résumé
La santé est un secteur en croissance rapide, avec de nouveaux dispositifs et de nouvelles fonctionnalités arrivant en permanence sur le marché. Bluetooth, notamment Bluetooth LE (basse énergie), joue un rôle central dans la connexion de ces dispositifs de santé à Internet, par l'intermédiaire de smartphones et de tablettes qui apportent un niveau de commodité sans précédent aux utilisateurs et aux professionnels de santé.

Des défis importants se posent aux concepteurs au niveau consommation, appariement sécurisé, réduction d’encombrement et réduction des coûts. Une nouvelle génération de dispositifs BLE Toshiba permet aux concepteurs de relever ces défis. L'écosystème de support au développement associé permet à tous les concepteurs, notamment ceux avec relativement peu d'expérience de Bluetooth, de lancer sur le marché des produits leaders rapidement, et en toute confiance.

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