STIC:STIC IV (2019)/Tour de cou intelligent (KBriguet)

Projet réalisé Katrine Briguet

Introduction

La saison froide arrive. Maillots de bain et schlaps sont relégués au fond de l'armoire, place aux moufles, bonnets et vestes chaudes. Un adulte va s'habiller en fonction de son ressenti. J'ai chaud: j'enlève mon bonnet. J'ai froid, je mets une veste. Mais si un adulte peut savoir tout seul s'il a froid, ou non, ce n'est pas le cas d'un enfant en bas âge. Une journée à la neige, à ski, à bob est souvent un casse-tête pour les parents. Comment savoir si son enfant a froid? Comment savoir s'il a suffisamment chaud?

Il n'existe pas d'étude ayant démontré qu'une prise de température dans le cou permettait d'estimer le confort thermique d'un individu. Cependant, de nombreux sites internet consacrés aux jeunes parents conseillent une prise de température dans la nuque, pour s'assurer que bébé n'a pas froid. En voici un exemple, trouvé sur un site canadien de santé :

"On a souvent tendance à toucher le front de bébé pour savoir s’il a froid ou chaud. Or, c’est la nuque qui est la partie la plus révélatrice de son petit corps. Pour détecter au mieux la température de son corps, vous devez placer votre main sur la base de sa nuque."

Légende populaire? Ou réel fait scientifique? Il n'en reste pas moins qu'à défaut d'autres moyens, une évaluation du confort thermique de l'enfant en bas âge en touchant la nuque de l'enfant et en évaluant la température est courant de la part des parents. Mon projet a pour but de faciliter cette prise de température.

Mon projet est de pouvoir capter la température corporelle d'un enfant à la base de sa nuque grâce à un accessoire (tour de cou) et d'indiquer grâce à un code couleur (rouge - vert - bleu) diffusé par un "badge" cousu sur le devant du tour de cou si l'enfant a assez chaud, ou si, au contraire, il faut lui mettre une couche supplémentaire.

Problème

Il s'agira ici de créer un dispositif qui sera "wearable", pratique et fonctionnel, pour qu'un adulte puisse déterminer si un enfant, ou une personne qui n'est pas capable d'exprimer clairement s'il a froid, a besoin d'être réchauffé.

Cahier des charges

• Le dispositif permettra de capter la température dans le cou d'un individu pour déterminer s'il a un problème d'hypothermie, ou si au contraire il a trop chaud.
• Le projet vise les enfants et les personnes incapables de s'exprimer clairement.
• L'objectif est de donner une solution aux parents pour savoir si ils doivent ajouter une couche de vêtement à leur enfant.
• Pour ce projet, je vais utiliser les voyants lumineux du circuit playground (Vert: l'enfant est confortable. Rouge: l'enfant a trop chaud, il faut envisager de lui enlever une couche de vêtement. Bleu: oups, l'enfant a froid, il faut lui rajouter une couche de vêtement ou faire une pause au chaud). Cette partie du dispositif sera cousu à l'avant d'un tour de cou. Il sera relié à un capteur de température placé à l'arrière de ce tour de cou, dans le cou de l'enfant. Je vais le tester sur deux enfants, lorsque la température extérieure descend en dessous de zéro degré.
• Techniquement, je vais utiliser un CPX, que je vais coudre sur un tour de cou. Je vais le recouvrir d'un tissu qui laisse passer le code couleur (bleu-vert-rouge). Je vais ensuite le relier à l'aide d'un fil de cuivre à l'intérieur du tour de cou à une sonde de température, qui se trouve à l'arrière du tour de cou, si possible le plus proche possible de la peau. Puis je programmerai le CPX en fonction des données de la sonde de température, pour avoir un changement de couleur au moment où la température corporelle s'abaisse trop, ou au contraire s'élève trop.

Solution

Voici le schéma de raccordement des câbles

Le dispositif est réalisé en deux parties: d'une part un Adafruit Circuit Playground Express ( que nous nommerons ci-après CPX) programmé pour afficher la bonne couleur en fonction de la température et d'autre part une sonde de température. Les deux parties sont reliées entre elles par trois fils de cuivre, soudés à leurs deux extrémités pour qu'ils restent bien en place.

Le CPX est relié à un dispositif muni de piles, qu'il est possible de stopper/allumer grâce à un bouton ON/OFF.

La programmation du CPX s'est faite par le biais du site Adafruit MakeCode.

Dans la partie "programmation" du CPX, il y a deux blocs distincts:

- Lorsque le bouton A est activé, le capteur va mesurer la température en degrés C°. Ce bouton servira à réinitialiser la prise de température.

- Lorsque la température du cou, prise grâce à la sortie Pin A sur le CPX, est supérieure ou égale à 38 degrés, le CPX affiche une couleur rouge. Lorsque cette température est inférieure ou égale à 35 degrés, le CPX affiche une couleur bleue. Si la température est normale, le CPX affiche une couleur verte.

Ci-dessous, le code en Javascript (gauche) et en Makecode (droite)

Le mode d'emploi de ce dispositif est consultable ici.

Plusieurs tentatives de programmation ont été testées. A chaque essai, la vérification du bon fonctionnement, ou non, du dispositif programmé, a été faite grâce à des moyens basiques: une poche de froid sortie du congélateur pour tester la température en-dessous de 35 degrés, une tasse d'eau chaude pour réchauffer le senseur et tester la température au-dessus de 38 degrés.

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  Le capteur est tenu à l'intérieur de la paume de la main

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  Le capteur est placé au-dessus d'une tasse d'eau bouillante

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  Le capteur est placé au-dessus d'un glaçon

Après la partie programmation est venue la partie réalisation finale. Il a fallu d'abord souder les différentes parties électroniques, pour qu'elles ne risquent pas de se déplacer à l'intérieur du tour de cou.

Les éléments ont été soudés à l'aide d'un fer à souder et de l'étain

Puis il a fallu installer le dispositif dans le tour de cou:

- découper un rond de la grandeur du CPX à l'avant, et le remplacer par un tissu transparent.

- découper le tissu entre l'avant et l'arrière du tour de cou.

- installer le senseur à l'arrière en le cousant au tissu pour qu'il reste bien en place

- installer le CPX à l'avant, le fixer en le cousant au tissu, bien en face du trou coupé précédemment

- coudre un bouton d'indication juste au-dessus du bouton A du CPX

- installer la batterie sur le côté du tour de cou, en le cousant au tissu pour qu'il ne bouge pas

- recoudre la tranchée effectuée dans le tour de cou

- découper un petit trou à l'endroit de la batterie où se trouve le bouton ON/OFF pour qu'il soit accessible, et indiquer le sens ON/OFF

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  Le capteur de température est inséré dans la partie arrière du tour de cou. Il sort du tissu pour être au plus près de la peau.

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  Il a fallu vérifier que le CPX s'intégrait bien dans la partie découpée à l'avant du tour de cou avant de l'habiller de son tissu blanc.

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  Le CPX est entouré de tissu blanc, et un indicateur est cousu pour avoir accès au bouton A.

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  La batterie a été insérée dans le tour de cou, entre le CPX et le capteur. Puis tout a été recousu.

Le tour de cou intelligent est prêt à l'emploi. (A) CPX. (B) bouton on/off de la batterie. (C) Bouton A du CPX pour réinitialiser la prise de température

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  Le tour de cou intelligent (de face)

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  Le tour de cou intelligent (côté intérieur)

Au final, le dispositif répond aux attentes de la conceptrice: il est fonctionnel et confortable.

Le tour de cou intelligent fonctionne: sa pastille passe au bleu lorsqu'un enfant reste au froid à l'extérieur sans habits chauds.

Si un enfant reste plusieurs minutes avec des habits trop chauds à l'intérieur, la température de sa nuque augmente et la pastille passe au rouge (pour les besoins de l'expérience et éviter qu'un enfant soit maltraité, une pochette chaude a été placée à la base de sa nuque)

Difficultés rencontrées:

- Il a fallu de nombreuses recherches et essais pour trouver le bon code de programmation.

- J'ai tout d'abord utilisé des capteurs de température Analog Temperature sensor - TMP36, mais leur fonctionnement s'est révélé très aléatoire. Après plusieurs essais infructueux, j'ai remplacé ces capteurs par des capteurs de températures KY-001.

- La réalisation du prototype m'a posé de nombreuses difficultés: la soudure et la couture sont des activités qui peuvent se révéler infernales pour quiconque ne les a jamais pratiquées.

Test de la solution

Pour tester le dispositif, la méthode du "Fluid project overview" a été utilisée.

Le prototype a été testé sur une maman (que nous appellerons ici Jane) d'un enfant de 10 mois, un utilisateur-type de ce genre de dispositif.

En premier lieu, le dispositif a été remis à Jane, pour qu'elle puisse le manipuler. Je lui ai demandé d'utiliser ce dispositif pour déterminer si son bébé, emmitouflé dans sa poussette, avait froid, chaud ou était confortable thermiquement. Elle a ensuite reçu le mode d'emploi, qu'elle a lu avec plus ou moins d'attention. Elle a affirmé avoir compris le fonctionnement du dispositif.

Elle a ensuite placé le tour de cou autour du cou de son bébé. Elle a tenté d'actionner pendant quelques secondes le bouton ON/OFF avant de parvenir à allumer le dispositif. Ensuite elle a appuyé sur le bouton à l'avant du tour de cou, et celui-ci a affiché la couleur bleue. Le dispositif a donc indiqué que la température était au-dessous de 35 degrés. Jane a éteint le dispositif et a fait part de son étonnement, son enfant ayant plusieurs couches d'habits, et la température extérieure étant de 5 degrés. Vérification faite, le bébé de Jane n'a pas trop froid.

Quelques minutes plus tard, alors que le tour de cou était placé depuis plusieurs minutes autour du cou de l'enfant, Jane a répété l'opération. Elle a à nouveau allumé le dispositif, appuyé sur le bouton à l'avant du tour de cou. Cette fois-ci le dispositif a indiqué la couleur verte, à savoir que la température était comprise entre 36 et 37 degrés.

Ce test a montré que la prise trop rapide de la température, juste après l'installation du tour de cou, ne donne pas de résultats satisfaisants. En effet, il faut quelques minutes pour que le tissu du tour de cou prenne la température de l'enfant.

Pour pallier ce problème, une solution serait de préciser, dans le mode d'emploi, que le dispositif ne fonctionne que 5 minutes après avoir installé le tour de cou autour du cou de l'enfant. Par ailleurs, l'allumage du dispositif pourrait être amélioré, car le bouton ON/OFF tel qu'il est présenté sur le prototype n'est pas facile à manipuler, et n'est donc pas très ergonomique.

Discussion

Et si c'était à refaire :

• La solution du tour de cou m'est apparu la plus simple pour la réalisation de ce projet. Mais à refaire, j'utiliserais un tour de cou avec un tissu polaire plus épais: les coutures ont été difficiles à faire car il a fallu quasiment tout dédoubler pour que cela tienne bien.
• Le bouton ON/OFF s'est révélé être trop petit et trop compliqué à manipuler. Un bouton davantage accessible serait un plus ergonomique pour ce prototype.

Licence, fichiers et documentation

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• Fichiers :

Code pour le tour de cou.

• Documentation :

Mode d'emploi du tour de cou.