LAAS-CNRS · Oct. 2025 – Juil. 2026
Écouter un capteur qui n'a ni pile ni émetteur
Dix mois de recherche sur des systèmes qui doivent fonctionner là où l'on ne peut pas changer une batterie — à commencer par l'intérieur d'un crâne.
Rôle · Ingénieur de recherche
Équipe · MINC, LAAS-CNRS
Projet · ANR-WISPerS & ANR-SWAVE
Sortie · 4+ publications
PROJET ANR WISPERS
Mesurer la pression intracrânienne à travers la peau
La pression intracrânienne est un indicateur critique après un traumatisme crânien, un AVC ou en cas d'hydrocéphalie. Les méthodes de référence restent invasives et filaires ; les approches non invasives manquent encore de précision.
WISPerS propose une troisième voie. L'implant est un simple résonateur LC : ni batterie, ni électronique active. Sa fréquence de résonance varie avec la pression. Toute la complexité est déportée vers un patch externe posé sur la peau, qui balaie en fréquence, détecte la résonance et en déduit la pression.
Le couplage se fait par induction, sur quelques centimètres. C'est ce lien magnétique — et donc la bobine qui le porte — qui décide de la qualité de la mesure.
0–120 mmHg
Plage de pression
1 mmHg
Résolution visée
70–110 MHz
Bande d'interrogation
~10 Hz
Cadence de suivi
EXEMPLE DE CE QUE J'AI APPORTÉ AU PROJET
30+ modèles simulés
Balayage paramétrique des géométries de spirale, jusqu'au choix d'une bobine candidate.
Simulation sous FEKO
Modèle un port de la bobine isolée, avec extraction de l'inductance, du facteur de qualité et de la fréquence de résonance propre.
Optimisation du stack-up
Cuivre 17,5 µm, substrat RO3003 de 0,51 mm, espaceur diélectrique et dos en ferrite NiZn.
Chaîne de mesure améliorée
Oscillateur Clapp, détection de crête et filtrage, confrontés à la référence à l'analyseur de réseau.
CONTRIBUTION
Concevoir l'interface électromagnétique du lecteur
J'ai construit le modèle électromagnétique de la bobine lectrice sous FEKO, pour isoler son comportement propre avant les simulations couplées. L'empilage superpose une spirale de cuivre de 17,5 µm, un substrat RF RO3003 de 0,51 mm, un espaceur diélectrique et un dos en ferrite NiZn (la ferrite concentre le flux vers l'implant).
Chaque couche de l'empilage répond à une contrainte. La ferrite NiZn concentre le flux magnétique vers l'implant et limite les fuites vers l'électronique. L'espaceur diélectrique réduit la capacité parasite entre la spirale et la ferrite, ce qui préserve une fréquence de résonance propre élevée.
À partir de l'impédance un port, j'extrais résistance, réactance, inductance équivalente, facteur de qualité et fréquence de résonance propre — de quoi comparer toutes les géométries sur une base commune.
Le modèle électromagnétique de la bobine sous FEKO, avec son port d'excitation. C'est la géométrie que fait varier le balayage paramétrique.
Le balayage met en évidence un compromis qu'on ne peut pas contourner : des pistes plus fines augmentent l'inductance et le facteur de qualité, mais abaissent la fréquence de résonance propre. Or celle-ci doit rester franchement au-dessus de la bande de travail, sinon la bobine résonne elle-même là où elle est censée écouter l'implant.
Le prototype a ensuite été monté et testé : chaine de mesure avec des bobines entre 10 et 30 mm avec ou sans ferrite de différentes tailles. Des émulateurs capacitifs ont servi à simuler différentes pressions, et la lecture embarquée a été confrontée à la mesure de référence à l'analyseur de réseau.
PROJET ANR SWAVE
Communiquer sans émetteur, et le faire de façon sûre
Plutôt que d'embarquer un émetteur, un capteur peut moduler la charge de son antenne et renvoyer une réflexion modulée de l'onde qu'il reçoit. L'énergie de l'émission vient alors du lecteur : c'est la rétrodiffusion, et c'est redoutablement économe.
L'idée développée dans l'équipe fait travailler deux polarisations orthogonales : l'onde d'alimentation arrive dans l'une, l'onde rétrodiffusée repart dans l'autre. Cette séparation réduit le brouillage croisé en environnement réel. Le montage repose sur un commutateur RF à sécurité intégrée relié à deux antennes croisées et à un redresseur rétrodiffusant.
La démonstration va jusqu'au bout : une charge utile de 16 octets chiffrée en AES-128 est rétrodiffusée sur le lien d'alimentation, ce qui protège un capteur BLE sans batterie contre les attaques par rejeu, relais et écoute. Rendement de conversion RF vers continu : environ 29 % à 868 MHz, pour un surcoût énergétique de 5 à 9 % sur un cycle complet.
Banc de mesure : source RF et antenne patch d'émission face au capteur BLE rétrodiffusant, à deux mètres de distance, avec le moniteur de rétrodiffusion (Analyseur de Spectre).
PUBLICATIONS
Plusieurs contributions, plusieurs rôles
Les publications ci‑dessous sont celles déjà accessibles en ligne. Elles ne couvrent qu'une partie du travail réalisé : plusieurs articles acceptés en conférence ne sont pas encore diffusés, et d'autres, rédigés au cours du contrat, n'ont pas été soumis à publication.
PREMIER AUTEUR
GDR SoC · 2026
Wireless Readout Patch for Autonomous Intracranial Pressure Monitoring
Q. Bernyer, L. Thomas, G. Loubet, A. Takacs, D. Dragomirescu
Vue d'ensemble du système WISPerS et optimisation électromagnétique de la bobine lectrice, avant les simulations couplées et l'intégration matérielle.
CO-AUTEUR
IEEE MTT-S IMS RFSA · 2026
A New Backscattering Dual-Polarized Rectenna for Wireless Power Transfer and IoT Applications
T. E. Djidjekh, Q. Bernyer, A. Takacs
Rectenna rétrodiffusante à deux polarisations, pilotée sur deux bits, capable de basculer entre récupération d'énergie et modulation rétrodiffusée co- ou contra-polarisée.
CO-AUTEUR
JNM 2026 · Lille
Capteur sans fil et sans batterie pour mesures physiques et chimiques, sécurisé par chiffrement AES
L. Thomas, T. Djidjekh, G. Loubet, Q. Bernyer, D. Dragomirescu, A. Takacs
Capteur télé-alimenté mesurant température, humidité, pression et composés organiques volatils, avec calcul embarqué de l'indice de qualité d'air et chiffrement AES-128.
CONTRIBUTION EXPERIMENTALE
Electronics, MDPI · 2026 · Editor's Choice
Polarization-Shift Backscatter Identification for SWIPT-Based Battery-Free Sensor Nodes
T. E. Djidjekh, A. Takacs
Mécanisme d'identification indépendant du protocole, par clé privée rétrodiffusée à polarisation commutée sur un nœud LoRaWAN sans batterie.