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Innovation


Les smartphones au service de la science

<p>Les smartphones</p>
<p>au service de la science</p>


Les terminaux mobiles équipés de capteurs connectés au réseau ont ouvert la voie à de nouvelles approches pour l’observation des phénomènes environnementaux ou sociaux. Leurs impacts sur l’activité scientifique sont désormais de deux ordres. Impact économique tout d’abord : l’utilisation d’appareils grand public comme les smartphones ou les tablettes fait chuter le coût des équipements scientifiques et permet d’utiliser ces équipements dans des lieux reculés ou difficilement accessibles. Elle permet aussi d’associer des scientifiques amateurs, équipés de smartphones, à la collecte d’observations. Ces nouvelles formes de «science participative» et de «crowdsourcing» scientifique permettent aux programmes de recherche d’étendre leur couverture géographique tout en démultipliant le volume des données recueillies.


Des smartphones qui deviennent des instruments médicaux

La médecine est l’un des domaines privilégiés où s’opère la mutation des terminaux mobiles en instrument d’observation. Ainsi, un chercheur de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), Aydogan Ozcan, a transformé un smartphone en microscope médical. Son dispositif qui fonctionne sans lentille optique transforme le téléphone en un microscope facile à utiliser et beaucoup moins coûteux que les matériels dédiés.. En juin 2011, des chercheurs d’UCLA ont utilisé ce microscope dans la forêt amazonienne pour mesurer le développement de la malaria au Brésil. Ils entreprennent désormais de le transformer en microscope à fluorescence  pour analyser la qualité de l'eau. Des ingénieurs de l’Université Caltech ont aussi entrepris de repenser entièrement l'un des instruments scientifiques les plus répandus dans les laboratoires de biologie : la boîte de Petri.  Les biologistes utilisent la boite de Petri pour déplacer des cellules en culture de l'incubateur vers le microscope. Cependant, ces procédures reposent sur des équipements coûteux et présentent de nombreux risques de contamination. Afin de réduire le prix des dispositifs utilisés pour l’analyse des cellules, les ingénieurs du Caltech ont conçu une boîte de Petri à partir des pièces de Lego associées à un smartphone sous Android. Ce dispositif permet de placer les cellules cultivées au-dessus d’une puce de détection optique. Dans le même temps, l'écran du téléphone agit comme la source de lumière qui éclaire la cellule et permet ainsi à la puce de capturer une image. Le dispositif est alors connecté à un ordinateur portable qui permet aux chercheurs d'enregistrer en temps réel des images des cellules pour suivre leur évolution dans la durée (Source : Wired). 

Voir aussi :

Un smartphone transformé en microscope médical portable
Dix millions de dollars pour un outil de diagnostic mobile
Un smartphone transformé en microscope pour analyser les cellules du sang
Une application et un microscope mobiles pour combattre la malaria
Vers des microscopes connectés aux mobiles pour le diagnostic médical
Des microscopes médicaux connectés aux mobiles
 

Des smartphones dans l’espace…

L’exploration spatiale fait désormais aussi appel aux technologies mobiles grand public. Les chercheurs britanniques de l'Université du Surrey, accompagnés des ingénieurs de la société Surrey Satellite Technology Limited (SSTL), ont conçu un satellite qui mettra un smartphone Android en orbite autour de la Terre. Les informations fournies par le smartphone (GPS, capteurs, caméra vidéo, radio Wi-Fi) seront utilisées pour contrôler le satellite et photographier la planète. Pour ouvrir le champ des applications à des amateurs et des développeurs qui ne peuvent aujourd’hui pas prendre part aux recherches spatiales, les concepteurs de cette opération ont organisé, en janvier dernier, un concours d’applications mobiles. Quatre applications ont été retenues à l’issue de ce concours. Depuis plusieurs années, la NASA prévoit que les astronautes seront assistés de robots capables de les soulager d’un certain nombre de tâches lors de leurs missions dans l’espace. Ces robots devront être contrôlés par les astronautes eux-mêmes et non pilotés à distance sur terre par les ingénieurs de la NASA. Une première génération de robots, les SPHERES, avait été mise au point, au MIT, il y a quelques années : ces satellites expérimentaux de maintien de position, d’engagement et de réorientation mesurent 20 centimètres de diamètre pour un poids de 3,5 kg et sont capables de se déplacer en apesanteur en éjectant du gaz carbonique. Pour rendre ces robots pleinement fonctionnels, la NASA a fait le choix de les équiper d’un smartphone Nexus S sous Android. Dotés, grâce au smartphone, d’une caméra, d’un accéléromètre et de divers capteurs, ces robots pourront contrôler leurs mouvements, effectuer les mesures et communiquer avec les astronautes pour exécuter une série d’opérations (Source : NASA)

Voir aussi :

Les robots de la NASA bientôt équipés de smartphones
Un smartphone bientôt envoyé dans l'espace
Des applications scientifiques et ludiques sur smartphone en orbite
 

Les smartphones donnent naissance à de nouvelles formes de science participative

Plusieurs disciplines scientifiques ont désormais associé des « scientifiques amateurs » aux équipes de recherche traditionnelles dans le cadre du recueil de données : c’est par exemple le cas des sciences de la nature, de l’astronomie ou encore de la sismologie. 

Les sciences de la nature, se sont ouvertes depuis longtemps, aux démarches dites de «science participative». Les premiers pays à expérimenter l’ouverture des programmes de recueil de données sur la faune ou la flore par des non-professionnels furent les pays anglo-saxons. Les organismes de recherche, les universités, les sociétés savantes et les réseaux naturalistes amateurs ont ainsi ouvert des portails permettant aux amateurs de consigner leurs observations sur la faune ou la flore. Ces programmes de science participative proposent désormais des applications mobiles, souvent centrées sur la protection des espèces en danger.

C’est le cas de l’application du Mojave Desert Ecosystem Program (MDEP) qui permet aux chercheurs et aux amateurs de rassembler des informations pour préserver les tortues du désert en Californie et dans l’est américain. La Société zoologique de Londres (ZSL) a ainsi développé l’application iBatdans le cadre du programme mondial d’observation des chauves-souris. Elle permet aux bénévoles de 16 pays de détecter et d'enregistrer plus de 900 espèces de chauves-souris à l'aide d'un microphone ultrasonique. Les sons enregistrés sont transmis à un site qui les analyse pour dresser une carte précise des populations de chauves-souris qui sera utile pour envisager des mesures de conservation. L’analyse de la flore a aussi donné lieu à de nombreux projets associant mobiles et science participative. En Grande Bretagne, l'application TreeID permet d'identifier les espèces autochtones des îles britanniques. Les utilisateurs peuvent alors envoyer sa photo pour le placer sur une carte collaborative. Aux États-Unis, Leafsnap permet aux botanistes amateurs d’aider les scientifiques à dresser la carte des espèces d'arbres et à en mesurer la progression ou le déclin. Les applications mobiles permettant l’étude des espèces (ou essences) d’arbres ont été à l’origine d’initiatives pour mieux comprendre le développement et les effets d’une maladie des chênes californiens.

Les chercheurs de l’université de Berkeley ont réalisé l’application OakMapper qui permet aux randonneurs de signaler les arbres atteints pas cette maladie. D’autres projets liés à l’analyse de la biodiversité ont aussi bénéficié des avancées de la science participative. Ainsi, les responsables du projet annymals.org, ont développé avec plusieurs institutions allemandes, une application sous Android qui s’appuie sur les bases de données du Global Biodiversity Information Facility (GBIF). Cette application affiche les espèces qui ont été répertoriées dans une zone géographique donnée, les observations recueillies ainsi que des données complémentaires en provenance de Wikipedia. Les naturalistes amateurs peuvent alors compléter les observations déjà effectuées. Comme souvent lorsqu’il est question de recueil d’informations issues du «crowdsourcing», des algorithmes ou des tests de plausibilité permettent de filtrer les erreurs ou approximations. C’est aussi pour élaborer de nouvelles méthodologies scientifiques que l'Institut de la biodiversité d'Oxford a consacré, en janvier 2010, un colloque à l’utilisation des smartphones dans le cadre de ses programmes d’inventaire du patrimoine naturel (Source : Symposium on Mobile computing, citizen science and conservation recording : Embracing the potential of smartphones, crowd-sourcing and other web-based technologies). 

Les chercheurs en astronomie ont depuis plusieurs décennies fait appel aux astronomes amateurs sur Internet. Cela a été le cas pour le projet SETI@Home qui utilisait la puissance de calcul de plusieurs millions d'ordinateurs personnels en réseau pour traiter les importants volumes de données issus des radiotélescopes. Un autre projet de la NASA Stardust@home mettait le public à contribution pour chercher des impacts de poussière spatiale dans un bloc d'aérogel à l'aide d'un microscope virtuel. Enfin, l’application Galaxy Zoo  propose aux astronomes amateurs de visualiser des photos de galaxies, prises par le programme Sloan Digital Sky Survey, et étudier les formes des galaxies (elliptiques ou spirales). Le but de ce recensement est de valider les différents modèles galactiques proposés par les scientifiques.

Voir aussi :

Dossier : Des applications mobiles et collaboratives au service de la biodiversité
Une application mobile pour identifier les espèces d’arbres
Un service mobile pour cartographier la maladie des chênes californiens
Biodiversité : un service mobile pour préserver les tortues aux États-Unis

L’usage du crowdsourcing s’est aussi révélé particulièrement utile dans l’analyse ou la détection précoce des séismes. Ainsi, dans la revue Science, Richard Allen, du laboratoire sismologique de l’université de Berkeley (Californie) décrit la contribution que les citoyens équipés de smartphones pourraient apporter au domaine de la sismologie. Ainsi, pour étudier les tremblements de terre en temps réel, Richard Allen avait déjà mis au point un logiciel, Quake-Catcher Network (QCN) qui permet de recueillir les données issues des capteurs de mouvement présents dans les disques durs des ordinateurs, transformant alors ceux-ci en sismographes. Dans le cadre du projet iShake, il a développé une application mobile iShake Cal qui permet d’étendre ce dispositif aux smartphones afin d’obtenir, via les accéléromètres intégrés dans les smartphones, une mesure plus précise et plus complète de la distribution géographique des secousses lors d'un tremblement de terre. Le logiciel permettant alors d’analyser les résultats en temps réel afin de ne conserver que les données utiles recueillies sur l’ensemble des smartphones connectés à ce service et produire un système d’alerte en temps réel (Source : Blog Sciences de Libération). 

Voir aussi :

Séismes, smartphones et science participative
Un logiciel pour convertir les ordinateurs portables en sismographes
Mobiles et situations d’urgence (dossier)


Des smartphones qui aident à comprendre les interactions sociales

Depuis plusieurs années, les smartphones sont utilisés pour mener des enquêtes sociologiques ou des expériences psychologiques. Ils permettent de mener ces travaux beaucoup plus rapidement, que ne le permettraient les méthodes traditionnelles. Ainsi, le groupe de recherche sur les Dynamiques humaines du MIT exploite et analyse des données anthropologiques recueillies par les différents capteurs des smartphones. Pendant deux ans, 60 familles ont ainsi accepté d'utiliser un smartphone muni d’une application spécifiquement conçue pour l'expérience afin de mesurer 30 catégories de données : déplacements, dépenses, état de santé et communications. Selon les chercheurs, l'analyse de ces données éclaire de nombreuses facettes des comportements et des interactions sociales de leurs utilisateurs : elle apporte des indications sur des domaines aussi divers que l’évolution des opinions politiques, l'état de santé mentale des individus ou encore la progression de pathologies au sein d'un groupe.
Jusqu'ici, les expériences en laboratoire sur des facultés cognitives humaines telles que le langage, l'attention et la mémoire nécessitaient généralement que de petits groupes de volontaires se déplacent jusqu'au centre de recherche pour prendre part à des expériences comportementales dans un environnement contrôlé. Des chercheurs européens et asiatiques ont conjointement développé une application mobile pour examiner les processus mentaux impliqués dans la mémoire, la pensée, la parole et la résolution de problèmes. L’application «Science XL : Testez votre vocabulaire»  vise à évaluer les capacités de lecture des participants en leur présentant des chaînes de lettres et en leur demandant de déterminer si le mot présenté est un mot existant ou inventé. D'après l'équipe, cette application a permis de mesurer à la fois la précision de la réponse et le temps nécessaire pour prendre une décision (temps de réaction) et de mieux comprendre les processus cognitifs impliqués dans la lecture ainsi que dans les troubles qui lui sont associés, tels que la dyslexie (Source Cordis-Commission Européenne).

Voir aussi :

Smartphones, sciences humaines et compréhension des interactions sociales
Science XL : une application mobile pour contribuer aux recherches sur le langage


Surveillance et pilotage à distance des expérimentations

En plus de leur capacité de traitement, les capacités des smartphones peuvent aussi être utilisées pour surveiller à distance les instruments et les expérimentations en cours. La société Agilent Technologies permet ainsi aux spécialistes de la chromatographie de suivre à distance l'état des équipements et de les contrôler. Les chercheurs du département de sciences physiques d'IBM peuvent d’ores et déjà télécommander « de leur cuisine » les microscopes électroniques à basse énergie. À terme c’est aussi, la possibilité d’exploiter la puissance de traitement des processeurs des mobiles en les mutualisant. Un projet de recherche, financé par la Fondation nationale de la Science, est en cours aux États-Unis pour évaluer la faisabilité de cette approche pour des applications de calcul scientifique. (Source : PhysicsToday).


Vers une science mobile ?

L’émergence d’une «science mobile» et ses conséquences au sein de la communauté scientifique font encore l’objet d’études. Le Centre international de physique théorique Abdus Salam de Trieste en Italie (International Centre for Theoretical Physics) a ainsi organisé en novembre 2011 sous l’égide de l’UNESCO un atelier international, sur le thème de la mScience. Dans cette perspective, deux chercheurs de cet institut, Enrique Canessa et Marco Zennaro, ont publié un ouvrage de synthèse consacré à cette approche : m-Science : Sensing, Computing and Dissemination. Ils y recensent les principaux usages scientifiques des terminaux mobiles, et les classent en trois grandes catégories : capteurs, traitement et diffusion. En vue de sensibiliser les chercheurs aux possibilités ouvertes par les sciences mobiles, ils ont conçu un indice pour mesurer la capacité des institutions scientifiques à s’engager dans cette démarche (Source : PhysicsToday).


 
Crédit photo : Corbis Images