Le nombre d'utilisateurs de smartphones au Royaume-Uni a atteint 55,5 millions en 2021. Cela signifie que près de 83 % de la population a accès à des applications mobiles, plus communément appelées « apps ». Aujourd'hui, près de 3,3 millions d'apps sont disponibles sur Google Play, et environ 2,2 millions d'apps sont répertoriées sur l'App Store d'Apple Inc. L'un des aspects de cette explosion du nombre d'applications est la demande en forte hausse pour les applications de santé, le marché mondial de la santé numérique devant atteindre 1 311 milliards de livres sterling d'ici 2030.
Il est évident que les fonctionnalités des smartphones se sont considérablement développées dans des domaines tels que l’intelligence artificielle (IA), les technologies de géolocalisation, la réalité augmentée, les technologies portables, les paiements mobiles et la biométrie. Les smartphones, désormais utilisés de manière courante pour des usages encore imprévisibles il y a quelques années, remplacent de nombreux appareils et bouleversent les marchés. À mesure que les smartphones ont évolué, des applications de plus en plus sophistiquées ont été développées pour tirer parti de ces avancées, en particulier sur le marché de la santé numérique.
Les smartphones intègrent désormais systématiquement des capteurs et des microprocesseurs capables de traiter de grandes quantités de données en un temps record, ce qui permet d'utiliser un smartphone à domicile pour effectuer des mesures complexes de suivi de la santé. À titre d'exemple, grâce à la lumière visible, les smartphones et autres appareils connectés peuvent mesurer la fréquence cardiaque, suivre l'activité physique et le sommeil, et surveiller des organes tels que les poumons, les yeux et la peau.
Un brevet récemment délivré à Apple Inc. laisse entendre que la société pourrait commencer à équiper ses smartphones de modules émettant et détectant des ondes térahertz (THz) afin d'offrir des fonctionnalités supplémentaires, ce qui donne un aperçu de la prochaine tendance générale en matière d'applications de santé.
Surveillance et dépistage du cancer
Le rayonnement térahertz désigne les ondes électromagnétiques dont les fréquences sont comprises entre 0,3 THz et 10 THz. Situé entre les régions infrarouge et micro-ondes du spectre électromagnétique, le rayonnement térahertz est non ionisant et donc sans danger ; il s'est notamment révélé être un bon candidat pour détecter efficacement les cancers de la peau.
Le rayonnement térahertz présente des énergies photoniques comprises entre 1 et 40 meV, comparables aux énergies de transition roto-vibrationnelles des molécules, aux énergies de vibration du réseau cristallin des solides et aux énergies de recombinaison de bande à bande des semi-conducteurs, ce qui lui confère un large éventail d'applications. La spectroscopie térahertz est également sensible aux molécules biologiques telles que l'ADN méthylé (considéré comme un biomarqueur de la carcinogenèse), ce qui en fait un outil utile pour identifier les cancers épithéliaux ainsi que certains cancers du sein.
Une autre capacité de détection découle du fait que le rayonnement térahertz est absorbé par l'eau. Ce phénomène est considéré comme un inconvénient dans les laboratoires où un signal térahertz de bonne qualité est nécessaire, mais il peut s'avérer utile pour distinguer les tissus cancéreux des tissus sains, compte tenu de la teneur anormale en eau des premiers.
Dépistage du diabète
Cette même propriété peut également être mise à profit pour le dépistage précoce du syndrome du pied diabétique. La réflexion anormale des ondes térahertz au niveau du pied d’un patient diabétique, qui peut présenter une déshydratation due à une maladie vasculaire périphérique, peut être utilisée pour un diagnostic précoce, comme décrit ici. Bien que ce type d’imagerie puisse dépasser les capacités d’un smartphone, il est possible d’obtenir de bons résultats en utilisant l’émission et la détection des ondes térahertz décrites dans le brevet d’Apple Inc.
Apple Inc.
Dans le brevet US11099072B2, déposé par Apple Inc. en 2019 et délivré deux ans plus tard, le système d’émission et de détection de térahertz proposé est intégré à un smartphone. Le module émetteur émet des ondes térahertz qui se propagent dans l’environnement, par exemple une pièce ou un bureau, et se réfléchissent sur un mur ou d’autres obstacles avant de revenir vers l’appareil où elles sont détectées. Le module de détection capte les ondes de retour et calcule la réponse spectrale. Tout gaz présent dans l'environnement, tel que le monoxyde de carbone (CO) ou le dioxyde de carbone (CO₂), absorberait des fréquences spécifiques de la bande de fréquences térahertz, ce qui permettrait de déterminer la présence et la concentration de ces gaz dans l'environnement. Ce brevet fait actuellement l'objet d'un examen en Europe.
Secteur des capteurs
Le système proposé pourrait bien révolutionner le secteur des capteurs. Les capteurs de gaz actuels nécessitent une ouverture dans l'appareil pour permettre à l'air de circuler vers le capteur afin que les gaz puissent être détectés. Le détecteur fonctionnant dans la bande des térahertz utilise simplement la lumière et n'a donc pas besoin de cette ouverture. Cela signifie que n'importe qui, à l'aide d'un smartphone, pourrait détecter des concentrations dangereuses de gaz, où qu'il se trouve.
En principe, cette invention permet non seulement de détecter, mais aussi de quantifier les gaz présents dans un environnement, ainsi que de déterminer l'état ou la qualité de matériaux liquides ou solides, le tout à l'aide d'un appareil portable.
Comme nous l'avons brièvement expliqué ici, des scanners térahertz autonomes sont déjà utilisés partout dans le monde.
Des travaux importants ont été menés pour obtenir des spectres d’absorption dans le domaine des térahertz de matériaux et de biomolécules, dont certains sont mis gratuitement à disposition dans une base de données gérée par l’Institut national japonais des technologies de l’information et de la communication et l’Institut de recherche RIKEN. Associée à des modèles et des algorithmes d’apprentissage automatique, la spectroscopie térahertz pourrait être utilisée pour identifier les matériaux constitutifs d’objets ou déterminer la concentration sérique de certaines substances (comme décrit ici et ici).
Les scanners térahertz exploitent les ondes térahertz émises pour détecter les objets dissimulés sur une personne, car ces objets (tels qu’un couteau ou une arme à feu) bloquent ces ondes. Les vêtements et la plupart des tissus sont transparents aux ondes térahertz et les images obtenues sont de faible résolution, ce qui évite tout problème lié au respect de la vie privée. Bien que ce type d’imagerie dépasse peut-être le cadre décrit dans le brevet, les explosifs et les stupéfiants possèdent une empreinte spectrale dans la gamme des térahertz et peuvent être identifiés à l’aide d’un spectromètre térahertz, de la même manière que celle décrite dans le brevet pour des gaz tels que le dioxyde de carbone ou le monoxyde de carbone.
Un spectromètre térahertz fonctionnant sur smartphone présente des avantages évidents et pourrait être utilisé dans les aéroports et les gares, ainsi que dans des zones isolées.
Si l'on se projette davantage dans l'avenir, plusieurs études mettent en évidence les applications potentielles de la spectroscopie térahertz, notamment pour déterminer la fraîcheur du blé, la présence de moisissures sur le pain et, de manière générale, la présence de pesticides, d’antibiotiques, de polluants organiques, de métaux, de radionucléides et de mycotoxines dans les aliments, pour distinguer les cultures transgéniques, pour déterminer la teneur en sucre ou en alcool des boissons, pour détecter la contamination de l’eau, pour identifier les produits laitiers frelatés et pour détecter les résidus chimiques nocifs dans le miel.
Cependant, la mesure des spectres térahertz des échantillons à étudier et l'analyse des données souvent complexes ainsi obtenues prennent beaucoup de temps et nécessitent des sources lumineuses, des émetteurs térahertz, des détecteurs térahertz et, bien souvent, des spectromètres térahertz coûteux et encombrants. De nouvelles méthodes visant à miniaturiser ce processus et à l'intégrer dans un appareil électronique grand public, tel qu'un smartphone, pourraient être brevetables, en fonction du problème à résoudre et de la solution proposée.
Multisectoriel : automobile, aérospatiale, énergies renouvelables et industrie pharmaceutique
Témoignant du potentiel commercial des technologies térahertz, das-Nano, une start-up technologique espagnole fondée en 2012 et mise en avant dans une récente étude de cas de l’European IP Helpdesk, exploite le potentiel des ondes térahertz dans des systèmes tels que l’IRYS, un dispositif sans contact breveté permettant de caractériser l’épaisseur de chaque couche de revêtement dans l’industrie automobile, dont la mise en œuvre a été lancée dans les installations de Volkswagen en Navarre en juillet 2020. L’entreprise propose également un autre système breveté permettant d’inspecter l’épaisseur totale de la couche ainsi que de mesurer l’adhérence de chaque couche de revêtement et l’adhérence intercouche des matériaux composites utilisés dans les secteurs de l’éolien et de l’aéronautique. Un autre produit développé par l’entreprise, ONYX, permet d’obtenir une analyse sur toute la surface du graphène, des films minces et d’autres matériaux 2D.
Une autre application de cette caractérisation sans contact par spectroscopie térahertz consiste à déterminer l’épaisseur et la répartition des couches de composés dans les comprimés pharmaceutiques, ce qui peut être réalisé sans avoir à recourir à la destruction physique des échantillons, comme c’était le cas avant l’avènement de la spectroscopie térahertz. Il est évident que le potentiel et la portée de la technologie de la spectroscopie térahertz sont énormes, mais pour l’instant, cette capacité reste confinée aux laboratoires. Son intégration dans un smartphone pourrait-elle être un moyen de libérer tout son potentiel ? Il sera intéressant de voir comment cette technologie évoluera et s’intégrera dans notre quotidien.
Si vous souhaitez échanger plus en détail sur cet article, n'hésitez pas à contacter l'auteur ou votre avocat habituel chez Barker Brettell.
« Les smartphones sont désormais systématiquement équipés de capteurs et de microprocesseurs capables de traiter de grandes quantités de données en un temps record. »
