PRJ-05 · Objet connecté · AlphaPen · 2024 à 2025

AlphaPen, le stylo qui lit ce qu'il écrit

Une caméra dans un stylo, trois images par seconde envoyées au téléphone, sans Wi-Fi et sans vider la batterie.

Maquette complète sur la table du laboratoire : carte radio, carte de capture d'image et caméra miniature au bout de sa nappe, reliées par des fils de prototypage

Deux stylos AlphaPen noirs à liserés bleus, croisés

Le produit

Vos notes manuscrites, déjà sur votre téléphone

On écrit comme d'habitude, sur un carnet, une feuille volante, une carte. Une minuscule caméra logée près de la pointe photographie le trait plusieurs fois par seconde et l'envoie au téléphone. Une intelligence artificielle reconstitue le texte, le met en forme et le range au bon endroit. Aucun papier spécial, aucune tablette : le plaisir d'écrire, et un fichier modifiable à la fin.

Tous les papiersCarnet, feuille, carte : aucun support spécial
Du texte modifiableL'écriture devient un fichier, sans ressaisie
Sans fil, sans Wi-FiBluetooth basse consommation vers le téléphone

CADENCE3 img/sà transmettre pour que l'IA lise l'écriture

COMPRESSION154 → 11 Kopar image, sur le microcontrôleur du stylo

CALCUL160 mspour compresser une image

TÉLÉPHONES6modèles testés, iOS et Android

CARTE11 mmde largeur maximale, pour entrer dans le stylo

L1

Le projet

pour tout le monde

Besoin: AlphaPen, une jeune entreprise, a mis au point un stylo qui numérise l'écriture grâce à une caméra et à l'intelligence artificielle. Son prototype reposait sur une caméra d'endoscope du commerce, reliée en Wi-Fi : la batterie ne tenait pas. Il fallait une carte électronique sur mesure, en Bluetooth basse consommation, capable d'envoyer trois images par seconde et de tenir six heures dans un tube de 11 mm.
Réponse: J'ai découpé le problème en verrous à lever un par un : le débit Bluetooth réel, la compression des images, le choix d'un capteur minuscule et bon marché, le flou de mouvement, puis la miniaturisation. Pour chacun, un essai mesuré, un résultat chiffré et une décision partagée avec le client.
Résultat: La chaîne complète fonctionne en maquette : un capteur d'image piloté registre par registre, une image compressée de 154 à 11 Ko en 160 ms sur le microcontrôleur, puis envoyée en Bluetooth à une application mobile. Deux cartes au format du stylo ont été dessinées. Le client a ensuite choisi une autre architecture et poursuivi seul.

RÔLE

Mon rôle

responsabilités et compétences

Banc de mesure : générateur de signaux, oscilloscope et carte d'adaptation de la caméra

Directeur technique chez BLUEGRioT. J'ai reçu les deux fondateurs, rédigé la proposition technique et son découpage en phases, puis piloté l'étude avec une cheffe de projet et un développeur embarqué, jusqu'aux onze revues d'avancement avec le client.

Compétences techniques

Bluetooth Low EnergyDébit et protocoleCapteurs d'imageCompression JPEG embarquéeBasse consommationMiniaturisationInstruments de mesure

Savoir-être

Découpage en verrousPédagogie du matérielDécision par la mesureRelation avec des fondateursPersévérance

Avant-vente

Recueil du besoin auprès des deux fondateurs
Proposition technique en cinq phases : débit, autonomie, miniaturisation, stabilisation d'image, mode adaptatif
Cahier des charges caméra, traduit en anglais pour le sourcing en Asie

Architecture

Choix du Bluetooth basse consommation et du microcontrôleur radio
Compression logicielle plutôt qu'un capteur qui compresse
Ajout d'un coprocesseur de capture d'image

Tests et validation

Mesures de débit sur six téléphones, avec et sans casque Bluetooth
Essais de compression et de netteté sur banc moteur
Mise en route de capteurs non documentés

Pilotage

Carnet d'avancement hebdomadaire partagé avec le client
Onze revues d'avancement, d'octobre 2024 à juin 2025
Chiffrage des étapes suivantes, par lots

Interfaces

Fondateurs et équipe technique d'AlphaPen
Partenaire de sourcing des caméras
Support technique des fabricants de composants

L1

L'histoire du projet

cinq moments clés

Une caméra d'endoscope dans un stylo

Ils sont deux : l'un développe des modèles d'intelligence artificielle, l'autre le commerce. Pour leur premier prototype, ils ont acheté une petite caméra d'endoscope, de celles qui servent à regarder dans une oreille, et l'ont glissée dans un tube de stylo. Les images partent en Wi-Fi vers un serveur, qui reconnaît les lettres. Ça marche, sur n'importe quel papier.

Mais le Wi-Fi vide la batterie en peu de temps. Ils veulent passer au Bluetooth, avec une application iOS et Android. C'est leur premier produit matériel.

Le prototype du client démonté : batterie, carte, nappe de la caméra et tube du stylo

Le stylo prototype du client dans son coffret de présentation

Une caméra miniature au bout de sa nappe souple

Ce que le Bluetooth laisse vraiment passer

Première question : le Bluetooth basse consommation peut-il transporter trois images par seconde ? La théorie annonce 2 Mbit/s. Nous avons poussé chaque réglage de la radio, puis mesuré sur six téléphones. Sur un bon Android, 1,2 Mbit/s. Sur iPhone, quatre fois moins, à cause de limites imposées par le système. Et un casque Bluetooth qui joue de la musique fait encore perdre un tiers du débit.

Le produit doit fonctionner sur tous les téléphones : j'ai dimensionné sur le pire cas. Conclusion chiffrée, trois images de 10 Ko passent en moins d'une seconde. Il faut donc compresser.

L'application de test : courbe du débit Bluetooth en temps réel et image reçue

Journal de la carte : taille de chaque image envoyée et débit mesuré

Compresser sur un microcontrôleur

Les capteurs qui compressent eux-mêmes en JPEG sont rares, gros ou introuvables en petite quantité. Un composant spécialisé repéré sur le papier n'existait qu'en bibliothèque pour concevoir ses propres puces. J'ai donc proposé de compresser nous-mêmes, en logiciel.

Premiers essais : des images aux couleurs psychédéliques, un ordre d'octets inversé. Une fois corrigé, le résultat a dépassé nos attentes. Sur le microcontrôleur retenu pour le stylo, une image de 154 Ko devient un JPEG de 11 Ko en 160 ms. Ce choix ouvrait la porte à des capteurs beaucoup plus simples et moins chers.

Compression mesurée : 150 Ko en 7 Ko en 69 ms, 600 Ko en 17,8 Ko en 270 ms

Comparaison du poids d'une image selon le format, la résolution et la compression

Des caméras sans mode d'emploi

Le client visait quelques euros par module caméra. Ce prix écartait d'emblée les fabricants européens et américains, et les capteurs de qualité médicale aux bonnes dimensions étaient hors budget. Les modules sont donc venus d'Asie, avec des nappes au brochage inconnu et des documentations incomplètes.

Il a fallu dessiner une carte d'adaptation, retrouver l'horloge que la caméra attendait pour simplement répondre, découvrir qu'elle démarrait en veille, puis écrire ses registres un à un. Pour le flou, nous avons collé du texte sur un petit moteur en rotation : deux séries de registres portaient le même nom, une seule réglait vraiment le temps de pose.

Caméra miniature reliée à la carte de développement par la carte d'adaptation

La carte d'adaptation dessinée pour brancher la nappe de la caméra

Nappe de caméra soudée sur une carte d'essai

Analyseur logique : horloge, synchronisation et données de la caméra pendant une image

Une architecture, puis un autre chemin

La chaîne complète a fini par tourner : capture, compression, envoi, affichage dans l'application, en couleurs justes. Restait la cadence. Lire une image prenait à lui seul 680 ms. J'ai proposé d'ajouter un petit coprocesseur dédié à la capture, qui reçoit l'image sans mobiliser le processeur pendant que la radio envoie la précédente. La maquette a permis de récupérer les images par ce chemin, et deux cartes au format du stylo ont été dessinées.

À ce moment, AlphaPen a changé de stratégie : ne plus concevoir son propre matériel et miser sur son logiciel et sur l'intelligence artificielle embarquée dans les composants. Nous nous sommes arrêtés là, avec un client nettement plus avancé qu'au départ.

Carte d'aspect au format allongé du stylo, composants sur une seule face

Carte d'aspect au format court, face supérieure

Carte d'aspect au format court, face inférieure

L2

Conception

pour l'équipe technique

Architecture matérielle

Radio et compression

Microcontrôleur Bluetooth basse consommation double cœur, compression JPEG logicielle

Capteur d'image

Module caméra miniature sur nappe souple, sortie parallèle, configuration par I2C

Capture

Coprocesseur avec interface caméra et transfert direct en mémoire

Énergie

Batterie de 350 mAh au plus, objectif de six heures d'écriture

Format

Carte de 11 × 80 mm au plus, en version allongée ou courte double face

Application

Applications natives iOS et Android qui reçoivent les images et mesurent le débit

Point délicat 1

Le débit réel du Bluetooth

Le débit annoncé n'est jamais celui qu'on obtient : en-têtes de protocole, intervalle de connexion, taille des paquets, et surtout le téléphone, qui décide d'une partie des réglages. Après optimisation de chaque paramètre côté stylo, l'écart entre plateformes restait d'un facteur quatre.

Plutôt que de viser la moyenne, j'ai dimensionné sur le téléphone le plus lent. C'est ce chiffre qui a fixé la taille maximale d'une image, et donc le besoin de compression.

	Débit mesuré
Android, meilleur cas	1,2 Mbit/s
Android et casque audio	0,6 Mbit/s
iPhone	0,3 Mbit/s

Point délicat 2

Trois images par seconde

Le microcontrôleur radio lisait la caméra octet par octet : au-delà d'une certaine fréquence d'horloge, il perdait des données. La compression et l'envoi étaient rapides, la lecture beaucoup trop lente.

La solution : confier la capture à un coprocesseur doté d'une interface caméra, qui remplit sa mémoire sans calcul pendant que la radio envoie l'image précédente. Les trois étapes travaillent alors en parallèle au lieu de s'additionner.

Étape	Temps mesuré
Lecture de l'image	680 ms
Compression JPEG	90 ms
Envoi Bluetooth	50 ms

Banc de mesure du laboratoire pendant la mise en route de la caméra

La maquette complète : radio, capture et caméra

Un premier produit matériel

Pour une équipe qui vient du logiciel, le matériel réserve des surprises : un composant à quelques euros qui n'existe qu'avec une documentation partielle, une nappe dont personne ne connaît le brochage, un téléphone qui ne respecte pas les réglages demandés. Chaque revue d'avancement servait aussi à expliquer ces contraintes avec des mesures.

Avec le reculLe budget visé pour la caméra a conditionné tout le reste : il excluait les fournisseurs bien documentés et nous a coûté des semaines de rétro-ingénierie. Le client s'est d'ailleurs dit prêt, plus tard, à mettre davantage dans ce composant. Aujourd'hui, je chiffre dès le départ ce qu'un composant bon marché coûtera en temps de développement, pour que le choix se fasse en connaissance de cause.

REF

Liens

sources externes

APAlphaPenLe stylo qui numérise tous vos écritsSite du produit

Projet suivantL'Horloge du vent →