Les murs ont des oreilles… et deviennent intelligents

Une évolution technologique majeure est en train de se dessiner, celle de notre environnement, dans lequel les « murs » pourraient devenir sinon intelligents, du moins capables de contribuer au dynamisme des installations : moyens de communications intégrés, écrans géants, etc. Les murs ne seront plus ces acteurs passifs, recouverts de papier peint, mais bien des éléments dynamiques qui pourraient jouer un rôle majeur dans les infrastructures de demain (horizon 2030).

Le concept de LIS (Large Intelligent Surface) ou LRS (Large Reflexive Surface) en est encore aux balbutiements et rien ne dit qu’il s’imposera dans le futur. Mais compte tenu du nombre de chercheurs qui se penchent sur son berceau et de l’intérêt manifesté par les grands opérateurs sans-fil, il serait étonnant qu’il ne ressorte rien de ce qui pour l’instant n’est qu’une avancée technologique, qui reste à prouver.

Sur le principe, un LIS est une surface intelligente, dont la finalité est d’améliorer la qualité des signaux perçus par les usagers dans les réseaux cellulaires de haut niveau, 5G, 6G et au-delà. Qualité qui peut se dégrader pour de multiples raisons : nombre d’usagers trop important, conditions électromagnétiques incompatibles, volume des données émises, insuffisance des infrastructures, etc.

Ce LIS ou mur intelligent, qui se place entre l’émetteur et les récepteurs, peut être un simple panneau installé aux endroits stratégiques, soit carrément les murs d’une maison ou d’un bureau, adaptés en conséquence, pour servir de relais intelligent aux communications sans fil.

Car c’est bien là l’objectif, transformer notre environnement en structure dynamique, les murs n’étant plus seulement des cloisons banales qui séparent le « living » de la cuisine, mais des éléments actifs de communication. Plus que l’œil de Moscou, c’est tout le KGB…

Dans la logique des choses

A bien y réfléchir, qu’y a-t-il de plus logique que de transformer les murs qui nous entourent en acteurs de notre environnement. Plutôt que de les considérer comme de simples cloisons isolantes pour le son et la chaleur, elles peuvent contribuer à la qualité des communications reçues, tout comme, dans un autre domaine, on commence à faire des écrans géants, l’image étant affichée sur les murs qui nous entourent, au fur et à mesure de nos déplacements.

C’est un peu la même idée et il y a derrière tout cela, un incroyable potentiel technologique qui doit nous interpeller. Car ne nous y trompons pas, le concept de mur est ici à prendre au sens large (sans jeu de mot), à savoir une surface qui peut aussi bien être un véritable mur qu’une surface plaquée sur un vêtement intelligent, un T-shirt, sur un espace virtuel, qui servira lui-aussi de relais aux communications ou à d’autres fonctions.

Le fait de se limiter au « mur » est donc, à notre sens, restrictif, le mieux étant de parler de surface. Celle-ci pouvant être grande, réduite, intelligente, passive ou active, coûteuse, dangereuse ou non au plan nuisance électromagnétique, etc.

La seule chose qui doit nous étonner, c’est que l’on n’y ait pas songé plus tôt…

Une technique parmi d’autres

Les surfaces intelligentes ne sont pas seules candidates à l’amélioration des communications sans-fil. Il en existe d’autres, sur lesquelles les chercheurs travaillent d’arrache-pied, parmi lesquelles la modulation d’index, la modulation de type « Non-Orthogonal Multiple Access », les « alternative/advanced waveforms », l’amélioration des techniques de massive MIMO, les communications sur les spectres TeraHertz (validées par la FCC américaine), de nouvelles technologies d’antennes, etc.

Les surfaces intelligentes sont donc en bonne compagnie et certaines de ces technologies « concurrentes » pourront leur être associées, pour obtenir quelque chose d’encore plus performant.

Il existe aujourd’hui diverses filières qui pourraient aboutir à une filière industrielle de fabrication de ces murs intelligents et aucune ne peut prétendre encore de mener la course, tant nous n’en sommes qu’aux préliminaires de la recherche.

L’une des techniques mises en œuvre consiste à tamiser la surface du mur de cellules actives capables de faire plusieurs choses : recevoir une onde incidente, celle d’une communication cellulaire, effectuer un traitement élémentaire dessus, sans avoir besoin de la stocker temporairement et réémettre une onde de sortie, à destination des clients récepteurs. Avec modification de ses paramètres, dont la phase (le mur le plus « simple » ne fait qu’introduire un décalage de phase, toujours le même, sur l’onde incidente, avant de la réémettre).

C’est ici que se situe toute la complexité de l’algorithmique. Car ce traitement va s’effectuer via des micro modules intégrés aux cellules, qui peuvent être de simples capteurs passifs dont l’unique fonction sera d’effectuer un décalage fixe de phase ou de véritables petites centrales de traitement, avec des MEMS (microsystèmes électromécaniques), capables d’appliquer des algorithmes complexes, qui ont fait d’immenses progrès ces derniers temps et ont rendu possible la fabrication concrète des surfaces intelligentes.

Si vous avez la curiosité de lire les diverses communications qui ont été publiées sur le sujet, vous ne manquerez pas d’être « réjouis » par le verbiage mathématique qui les caractérisent, au point que quand on a fini de les lire, on ne se souvient plus de la nature du sujet traité…

Verbiage que l’on mettra sur le compte de la nouveauté des sujets et du niveau « recherche » dans lesquels ils se trouvent.

 

Un mur de réflexion intelligent, placé entre les émetteurs BS sans-fil et les usagers, est constitué d’une myriade de cellules, qui individuellement vont contribuer à améliorer le « ressenti » des récepteurs. Chacune des cellules, actives ou non, va effectuer un travail et produire une onde en sortie, décalée d’une certaine d’une valeur de phase. Cette technologie est totalement différente du Massive MIMO, du beamforming, des relais avec amplification et réémission et des rétrodiffusions (« backscatter »).

 

Concrètement

Pour illustrer notre propos, nous prendrons le cas le plus courant d’usage (actuel) du concept, avec un émetteur doté de plusieurs antennes, dont l’objectif est de « viser » un récepteur (un smartphone, une tablette, un objet IoT…) placé à distance compatible. On reconnaît d’ailleurs là l’objectif du « beamforming », à la différence près que ce ne sont pas les mêmes technologies qui sont mises en œuvre. Et que surtout le beamforming nécessite un plus grand nombre d’antennes pour être vraiment efficace.

Chaque signal émis par l’émetteur est susceptible d’atteindre directement le récepteur ou de passer par l’intermédiaire de la réflexion logique du mur intelligent. Et si c’est le cas, chaque signal constitutif de l’émission est dynamiquement modifié, de manière à optimiser la qualité de réception mono antenne du destinataire.

En fait, on perçoit bien le fonctionnement de ce système, le mur jouant (éventuellement) un rôle de complément ou de secours. Si la liaison directe n’est pas bonne, le mur prendra le relais, jusqu’à ce que les conditions normales soient rétablies. Ce sera le cas par exemple, quand un usager avec son smartphone entrera dans un immeuble de grande hauteur, certains de ses murs étant équipés pour prendre le relais des connexions déficientes.

Mais on pourra aussi envisager le cas, où les communications seront systématiquement prises en charge par les murs.

L’avenir

Un jour viendra où les murs, comme en leur temps les toitures qui ont accueilli les cellules photovoltaïques pour « fabriquer » de l’électricité ou le câblage Ethernet qui a été intégré dans les maisons modernes, deviendront des acteurs actifs de l’environnement. On y trouvera des moyens de communication tels que ceux évoqués, des ressources de stockage, des moyens d’affichage, des serveurs intégrés pour le traitement, des capteurs en tous genres pour mesurer et corriger les paramètres environnants : luminosité, chaleur, etc, autant de dispositions que les architectes intègreront dans leurs plans, les propriétaires n’ayant plus qu’à se connecter, grâce aux drivers et standards d’interface, qui restent cependant à définir.

Conséquence immédiate, les architectes auront à faire connaissance avec un pan nouveau de la construction, celui des métamatériaux, qu’ils utiliseront de plus en plus utilisés dans les domaines évoqués. Ils auront connu la révolution du béton précontraint, il faudra qu’ils se préparent à celle des matériaux intelligents…

Tout cela arrivera à horizon 10 à 20 ans, ce qui n’est somme toute pas très éloigné, si l’on se rappelle par exemple, que cela fait près de 40 ans que le premier PC est arrivé sur les étals des distributeurs, alors que cela nous semble dater d’hier matin….

Tout va très vite désormais et les murs intelligents ne dérogeront pas à la règle, qui prendront leur part dans le futur ballet des interactions avec l’environnement.

Une question reste toutefois en suspens : qu’en sera-t-il de notre santé et les murs ainsi conçus ne seront-ils pas l’amiante de demain ?

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Maturité
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