Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Etude de l'apport de l'intelligence artificielle dans la conception de systèmes de communications sans fils

Département Systèmes

Laboratoire Sans fils Haut Débit

Master 2, traitement du signal

01-09-2019

SL-DRT-19-0430

jean-baptiste.dore@cea.fr

Les systèmes de communications modernes sont conçus suivant des modèles statistiques permettant la définition simple d?algorithmes de transmission et de réception. Cependant, en pratique, un système subit de nombreuses imperfections qui ne sont pas forcément prises en compte par les modèles. L'utilisation de nouvelles techniques telles que l'intelligence artificielle (IA) pourrait modifier notre façon de concevoir ces systèmes. Plus précisément, il est possible que des traitements à base d'IA apportent des gains par rapport aux techniques classiques. Le premier objectif du projet de recherche est d'évaluer la pertinence de l'utilisation de ces techniques pour la conception de chaînes de transmission numérique (pour des conditions de propagation et des caractérisations en ligne des imperfections). Le second objectif sera de développer des méthodes d'apprentissage exploitant des bases de données afin de permettre la définition de nouveaux systèmes de communication auto configurables et auto adaptables à l'environnement.

Matrice de nanocapteurs flexibles pour mesures d'impact sur surfaces tactiles

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs / Master 2 en électronique, architectures électroniques et programmation, avec composantes en nanotechnologies, physique du solide, expérimentation et simulations (COMSOL).

01-09-2019

SL-DRT-19-0434

elise.saoutieff@cea.fr

Le CEA a mis au point un nanocapteur piézoélectrique apte à restituer des efforts mécaniques selon les 3 axes. Ce capteur est composé de nanofils de GaN obtenus par croissance organisée, lesquels présentent des propriétés piézoélectriques. Un des objets de la thèse est de développer l'électronique d'interrogation d'une matrice de capteurs, tactile et déformable, obtenue par l'assemblage et l'intégration d'une multitude de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points par une structuration particulière de la surface et une électronique de lecture dédiée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures. Le candidat concevra l'électronique d'interfaçage avec la matrice de capteurs (multiplexage des signaux lignes / colonnes, filtrage, amplification, rapport signal/bruit, consommation) pour la détection et la reconstruction en temps réel des signaux piézoélectriques (transitoires) émis par les capteurs. Il s'appuiera sur une première version de l'électronique développée au laboratoire et sur l'expérience de ses encadrants pour définir une architecture originale, rapide et faible consommation, pour le système global. Concernant les questions de recherche, des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser la physique aux différentes interfaces (fonctions de transfert), la physique des nanofils (couplage fort piézoélectrique / semiconducteur), les modes de détection statique / dynamique ou encore traction / compression. Pour cela le candidat pourra s'appuyer sur les compétences du laboratoire et sur des outils de simulations multi-physique mis à sa disposition. Les résultats de la modélisation doivent notamment permettre d'orienter les choix technologiques pour le dimensionnement de la matrice « idéale » en fonction de l'application visée. A partir de ce dimensionnement, et à l'aide de l'équipe du laboratoire, il fabriquera un prototype qui permettra notamment de confronter les simulations avec les résultats expérimentaux. Enfin, les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur pourront être étudiés. Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la reconnaissance de texture, de forme, de geste, de posture, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement.

Systèmes électroniques d'adaptation en fréquence pour la récupération d'énergie vibratoire large bande

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecole d'ingénieur en électronique/automatique + Master recherche (ou stage de dernière année réalisé dans un laboratoire de recherche)

01-10-2019

SL-DRT-19-0436

pierre.gasnier@cea.fr

La récupération d'énergie est une thématique dont le but est l'alimentation de n?uds de capteurs sans fil communicants par le remplacement de la source d'énergie électrique (pile, câbles) ou par l'augmentation de l'autonomie énergétique. La récupération d'énergie vibratoire notamment, permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement et de la convertir en électricité afin d'alimenter le système électronique. La thèse portera sur l'exploitation du principe piézoélectrique pour convertir l'énergie vibratoire en électricité. Un des problèmes majeurs de ces récupérateurs est leur sélectivité en fréquence : l'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes, mais la puissance récupérée chute drastiquement lorsque le récupérateur et l'environnement ne sont plus accordés en fréquence, ce qui dégrade l'opérabilité du système et donc sa fiabilité. Pour l'adoption de ce type de système par l'industrie, un des verrous majeurs est donc cette sélectivité fréquentielle. Ce verrou peut être levé par le moyen de récupérateurs dits « large bande » et/ou possédant la capacité à être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur dit « fortement couplé » voit son comportement mécanique modifié (changement de sa raideur par exemple) ce qui permet de 1) suivre l'évolution de la fréquence d'entrée (un moteur dont la fréquence de rotation ralentit, ?) et/ou 2) compenser une propre modification de son comportement (une fréquence de résonance qui diminue avec la température, un vieillissement?). Le c?ur de cette thèse se focalise donc sur les circuits de gestion et de récupération d'énergie adaptant le comportement mécanique des tels récupérateurs en fonction des sollicitations vibratoires. Le CEA et l'Université Savoie Mont-Blanc (Laboratoire SYMME) ont récemment proposé des techniques performantes pour réaliser ce tuning. Cependant, la partie ajustement automatique de ces circuits n'a pas été étudiée. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des architectures électroniques innovantes permettant de réaliser le tuning automatique et la recherche du point de puissance maximum de récupérateurs piézoélectriques. Après un état de l'art sur les moyens et techniques d'ajustement de fréquences, une étude système et des simulations électromécaniques devront être réalisées, ce qui permettra de sélectionner les implémentations pertinentes (Full analogique, ou mixte numérique-analogique). Un soin particulier sera apporté à la faible consommation et l'encombrement du circuit proposé puisque le but, à terme, est de réaliser un circuit autonome en énergie et consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. En fin de thèse, la ou les architectures sélectionnées seront alors proposées au département conception de circuits intégré en vue d'une miniaturisation. Un démonstrateur complet (récupérateur + technique de tuning + circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

Amélioration de protocoles de communication déterministes robustes et à faible latence (URLLC) par opportunisme

Département Systèmes

Laboratoire Sans fils Haut Débit

01-09-2019

SL-DRT-19-0442

mickael.maman@cea.fr

Les réseaux mobiles cellulaires de cinquième génération devront prendre en charge des services de communication à faible latence et ultra fiables (URLLC). Les exigences des applications URLLC sont : - Latence de bout en bout jusqu'à 1ms - Déterminisme (c.à.d. si la latence est stable) jusqu'à 1µs - Fiabilité (c.à.d. probabilité de succès de la transmission d'un nombre d'octets en un certain délai) entre 99,999% et 1-10^-9 - Disponibilité (c.à.d. le pourcentage de temps pendant lequel le service de communication de bout en bout est fourni conformément à une QoS convenue) supérieure à 99.99% - Densité de connexion (c.à.d. le nombre d'appareils atteignant une QoS cible par zone) de 10^6/km² pour un déploiement massif ou 100/m² dans certaines zones - Durée de vie de l'ordre de 15 ans Toutes ces exigences peuvent difficilement être satisfaites ensemble. Durant la thèse, nous nous focaliserons sur le compromis entre la fiabilité et la latence. Certaines propositions proposent d'exploiter la diversité temporelle, fréquentielle, spatiale, d'antenne ou d'interface pour repousser les limites de latence/fiabilité. Or pour certaines applications URLLC, les exigences strictes de latence peuvent exclure les protocoles qui reposent sur de la retransmission. Durant cette thèse, nous proposons d'étudier une nouvelle méthode de transmission et d'allocation (PHY/MAC) offrant un compromis flexible entre fiabilité et latence. Nous proposons d'améliorer les protocoles déterministes URLLC (fournissant la QoS minimale) par l'opportunisme. Considérant que certaines exigences peuvent prendre des valeurs dans une certaine fenêtre (en termes de fiabilité et de latence), notre approche combinera réservation de ressources et utilisation opportuniste du spectre. D'une part, nous exploiterons les protocoles déterministes de littérature qui apportent la meilleure réponse en terme de latence et nous proposerons un protocole déterministe afin d'assurer une faible maximale et des communications fiables. Cette approche bornera la performance. Or certaines applications ont des QoS plus strictes (ultra-fiabilité ou ultra-faible latence). Nous proposerons ainsi dans un second temps d'améliorer la QoS grâce à une approche opportuniste. Ce protocole complémentaire partagera des ressources limitées (partagées/inutilisées) pour des services URLLC hétérogènes et améliorera la fiabilité en exploitant les diversités spatiales et de fréquence et proposera une meilleure latence (mais avec jitter). Grâce à cette approche, nous serons autorisés à surbooker les ressources partagées et nous pourrons naturellement assurer la gestion de l'hétérogénéité.

Apports de l'analyse conjointe des paramètres cinématiques de l'écriture, de l'activité cérébrale et oculométrique dans des modèles supervisés pour l'aide au diagnostic de la dysgraphie chez l'enfant

Département Systèmes

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

ingenieur, machine learning, traitement du signal

01-10-2019

SL-DRT-19-0443

etienne.labyt@cea.fr

Les troubles de l'écriture, appelés « dysgraphies », concerneraient 5 à 10% des enfants d'âge scolaire (Smits-Engelsman et al, 2001; Danna et al, 2016). Actuellement le diagnostic de la dysgraphie est basé sur un test relativement subjectif, le BHK. Le diagnostic, souvent très tardif, de ces troubles conduit à des situations d'échec scolaire. Leur diagnostic précoce est donc essentiel. La littérature décrit relativement bien les dysgraphies d'un point de vue moteur (Danna et al, 2013; Smits-Engelsman & Galen, 1997; Hamstra-Bletz & Blöte, 1993), mais très peu de données concernant l'activité cérébrale ou oculomotrice sont disponibles. Récemment, un premier algorithme permettant de détecter une partie des enfants dysgraphiques a été développé (Asselborn et al, 2018), mais cet outil présente des limitations technologiques empêchant son utilisation pour le diagnostic. Dans le cadre du projet soutenu par le programme Bottom Up, nous avons acquis une large base de données d'écriture d'enfants typiques et dysgraphiques et avons développé des algorithmes basés sur l'analyse des traces écrites, et identifier des paramètres cinématiques discriminatifs des enfants dysgraphiques. Les performances atteintes par nos algorithmes en termes de détection de la dysgraphie sont de l'ordre de 85%. L'objectif de la thèse proposée est d'analyser l'évolution de l'écriture chez l'enfant typique et dysgraphique sur la base de 3 mesures conjointes: les paramètres cinématiques de l'écriture, l'activité cérébrale mesurée par EEG, l'activité oculomotrice mesurée par Eye Tracking et d'évaluer, à partir de ces données, l'apport de features issues de l'EEG et de l'oculométrie dans les modèles supervisés. La finalité est de développer un nouvel outil d'aide au diagnostic de la dysgraphie entièrement informatisé et fiable.

Nanophotonique appliquée à la détection biomoléculaire ultrasensible

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Chimie des Matériaux et des Interfaces

physique et nanosciences

01-11-2019

SL-DRT-19-0444

olivier.constantin@cea.fr

Il existe une forte pression du marché pour développer des biocapteurs intégrés, rapides et ultrasensibles, capables d'extraire des informations au niveau moléculaire, dans le cadre de systèmes in situ ou portables destinés à être utilisés dans des applications de soins de santé de routine ou personnalisées. De tels dispositifs pourraient permettre de réaliser des protocoles biologiques sans amplification, leur sensibilité élevée permettant la détection de molécule unique (SMD). Cette thèse vise à développer des architectures originales de biocapteurs permettant une acquisition ultra-rapide et ultra-sensible, en exploitant les propriétés uniques de réseaux de photodétecteurs à nanofils associés à des marqueurs biocompatibles à quantum dots afin d'améliorer leur sensibilité et spécificité ; tout en limitant leur sensibilité aux perturbations environnementales (rapport signal-sur-bruit élevé) ; et sans préjudice de la capacité future à intégrer cette technologie de manière très dense (pas submicronique entre pixels de détection). Nous proposons de démontrer la détection d'émission lumineuse par des fluorophores ou des points quantiques greffés sur des biomolécules, dans des longueurs d'onde comprises dans le domaine spectral visible, par des réseaux de photodétecteurs à nanofils d'AsGa. Un premier prototype devra être dimensionné et fabriqué pour fonctionner aux longueurs d'onde choisies parmi celles émises par des marqueurs fluorescents ou des QD commerciaux. Un prototype multi-longueur d'onde sera considéré comme une perspective. Les performances du prototype seront qualifiées avant et après intégration microfluidique, puis les performances du biocapteur seront caractérisées pour viser la détection de molécules uniques. Outre une formation en physique orientée "nano", le(la) candidat(e) devra être ouvert(e) aux applications biologiques, ainsi qu'aux problématiques d'intégration du prototype de détecteur dans un dispositif micro-fluidique fonctionnel.

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