Des données envoyées grâce au seul bruit thermique, à Stanford

Dans une enceinte tapissée de mousse, à Stanford, un émetteur et un récepteur se trouvent à température ambiante, et des données passent de l'un à l'autre sans que l'émetteur produise la moindre onde radio. La professeure assistante Zerina Kapetanovic et son équipe ont montré que le bruit de fond des appareils électroniques peut transporter de l'information. Ce résultat, publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, décrit une méthode que les chercheurs appellent communication par bruit thermique.

Le bruit thermique est le faible grésillement créé par l'agitation des électrons dans les conducteurs électriques. Les systèmes radio et cellulaires y sont habituellement confrontés comme à un obstacle. Son intensité dépend de la température, et des instruments sensibles peuvent le capter : les astronomes utilisent le bruit thermique émis par des planètes et des étoiles lointaines pour les étudier. Les travaux antérieurs de Kapetanovic sur la détection agricole l'ont amenée à se demander si un appareil pouvait fonctionner comme les badges RFID utilisés pour les péages autoroutiers, en répondant à une requête sans recourir à un signal radio énergivore. Selon l'étude, un émetteur radio classique peut consommer jusqu'à 1 000 fois plus d'énergie pour transmettre une information qu'un émetteur n'utilisant que le bruit thermique.

Le mécanisme est simple à décrire. L'émetteur, doté d'une antenne, alterne entre deux états électriques, un circuit ouvert et un court-circuit, qui représentent les bits un et zéro. Dans un état, il absorbe le bruit ambiant ; dans l'autre, il le réfléchit. Le récepteur amplifie le bruit renvoyé par l'antenne et distingue un motif : le bruit réfléchi paraît plus chaud ou plus froid. L'amplificateur, que les chercheurs comparent à un réfrigérateur à électrons, ralentit les électrons et fait apparaître le bruit comme plus froid. Joseph Kahn compare l'émetteur à un naufragé qui signale sa présence avec un miroir de poche : « C'est juste un réflecteur. » Il module le signal sans rien refroidir, ce qui a d'abord rendu l'expérience déroutante.

Pour comprendre la liaison, l'équipe a établi un modèle de canal, c'est-à-dire l'équation qui définit les variables fondamentales du système, un outil utilisé dans toutes les formes de communication sans fil. En ajustant le dispositif selon ce modèle, les chercheurs ont amélioré le débit de transfert de données de 100 fois. L'étude ne donne pas la vitesse obtenue en valeur absolue, et les expériences se déroulent toujours à l'intérieur de l'enceinte isolée. Les prochaines étapes consistent à relier plusieurs émetteurs en réseau et à s'assurer que le signal ne se perd pas dans des environnements plus bruyants.

Ce que change, pour l'instant, cette approche tient à la question des usages possibles de la communication basse consommation. Les chercheurs y voient une solution adaptée aux situations où de petites quantités de données doivent circuler alors que l'énergie est rare, comme la surveillance environnementale, ainsi qu'aux lieux sensibles aux interférences électromagnétiques, comme les dispositifs médicaux ou les observatoires astronomiques. « Nous espérons que ce système de communication non conventionnel pourra ouvrir la communication sans fil là où elle n'a pas encore pu aller », a déclaré Geneva Ecola. L'étude ne fixe aucun calendrier pour des applications hors du laboratoire, et le système n'a pas encore été testé sur le terrain.