Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Défis technologiques >> Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs
5 proposition(s).

Intégration microélectronique de convertisseurs DC/DC piézoélectriques

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Gestion d'Energie Capteurs et Actionneurs

Master 2 électronique, ginei électrique, microélectronique, mécatronique

SL-DRT-20-0286

adrien.morel@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'intégration en technologie microélectronique de convertisseurs d'énergie électrique de type continue-continue utilisant un transfert adiabatique dans un élément électromécanique à transduction piézoélectrique. Ce nouveau principe de conversion basé sur des résonateurs piézoélectriques assure une transduction d'énergie électrique-mécanique-électrique alternative aux techniques actuelles de transferts capacitif et/ou inductif tout en garantissant une large plage de rapport de conversion avec un rendement de conversion élevé. Récemment, le MIT a également pointé l'intérêt de ce nouveau type de convertisseur via un médium piézoélectrique pour améliorer la miniaturisation des alimentations [Boles19]. Les équipes du CEA-Léti sont pionniers sur cette thématique en publiant une première preuve de concept expérimentale [Pollet2019] à base d'électronique non-intégrée et d'un résonateur piézoélectrique massif. Dans une première phase, le travail vise la mise au point d'un étage de puissance et de son contrôle dans un circuit intégré autour d'un résonateur piézoélectrique dit massif (externe à la puce). Ce premier niveau d'intégration permettra de viser des transferts d'énergie plus fréquents et un niveau de synchronisation plus précis afin de réduire la taille de l'élément piézoélectrique non-intégré dans la puce. Afin de maintenir le processus adiabatique de transfert de charges par commutations douces, il est nécessaire notamment d'intégrer des capteurs de courants et de tensions performants et à basse consommation par rapport à la puissance du convertisseur. Il sera également étudié des modes de résonance alternatifs pour garantir une montée en fréquence et la déclinaison de grandes familles de convertisseurs (abaisseur, élévateur, isolation galvanique?). Un premier démonstrateur intégré dans la gamme du Watt et d'une surface sub-centimétrique est visé. Dans une deuxième phase, le doctorant étudiera la possibilité d'intégration du piézoélectrique en couche mince pour son intégration au plus proche de la puce de puissance. Sur la base des travaux sur les piézoélectriques menés dans les salles blanches du Léti, l'impact sur les performances électriques du convertisseur sera calculé. [Pollet2019] B. Pollet et al., A New Non-Isolated Low-Power Inductorless Piezoelectric DC?DC Converter, Trans. on Power Electronics, 2019. [Boles] J. D. Boles et al., Enumeration and analysis of dc-dc converter implementations based on piezoelectric resonators," Proc. IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics, June 2019.

Télécharger l'offre (.zip)

Actionneur MEMS piézoélectrique amplifié hydrauliquement

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Conception mécanique, mécanique des fluides, modélisation, physique, microsystème. Des connaissances en logiciel d'éléments finis (COMSOL, ANSYS ou autre) sont un plus.

01-09-2020

SL-DRT-20-0488

laurent.mollard@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le principal objectif de la recherche sur les micro-actionneurs consiste à développer une architecture permettant l'obtention de grands déplacements et grandes forces, sur une large plage fréquentielle tout en minimisant la consommation électrique. A ce jour, aucune solution ne remplit tous ces critères. En effet les actionneurs hydrauliques ne répondent pas au critère de compacité et de fonctionnement en fréquence mais permettent des forces et des déplacements importants. De même, les actionneurs électromagnétiques répondent à une large gamme fréquentielle avec une force et un déplacement important, mais au prix d'un fort encombrement et d'une consommation importante. Enfin les actionneurs piézo-électriques présentent des déplacements limités, de l'ordre de la dizaine de micromètres, malgré l'atteinte des autres critères. La rupture technologique de la thèse consistera à amplifier hydrauliquement ces déplacements limités, en appliquant de faibles déplacements sur une grande surface, pour déplacer un liquide, et générer, par conservation du volume, des déplacements importants sur une surface mobile plus faible. Le sujet de la thèse consistera donc à développer et à intégrer dans un système MEMS (Micro Electro-Mechanical System), cette brique d'actionneur piézoélectrique amplifiée hydrauliquement (dit système HDAM pour « Hydraulic Displacement Amplification Mechanism ») et à l'optimiser.

Télécharger l'offre (.zip)

Transmission de puissance sans fil basse fréquence pour l'alimentation de systèmes autonomes

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs en électronique / mécanique ou M2 avec une composante mécatronique

01-09-2020

SL-DRT-20-0615

pierre.gasnier@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Les technologies de transmission de puissance sans fil (TPSF) sont en pleine expansion, notamment pour la recharge sans fil de systèmes électriques (téléphone, voiture électrique, ?). Toutefois, ces technologies ont une portée de transmission limitée et leur haute fréquence de fonctionnement interdit toute transmission d'énergie en présence ou à travers des milieux conducteurs (parois métalliques ou eau de mer), ce qui limite leur adoption en milieux complexes (industriels, militaires?). La technologie TPSF basse-fréquence que nous proposons est basée sur un système électromécanique comprenant deux bobines et un aimant. Ce type de technologie possède l'intérêt de pouvoir alimenter des n?uds de capteurs sans fil pour une variété d'applications (le suivi de santé de structures en environnement isolé est un exemple parmi d'autres). Le but de la thèse est d'étudier l'ajout d'une conversion piézoélectrique au niveau du récepteur. Ce système dit « hybride » (électromagnétique/piézoélectrique) tirera parti des avantages de chaque convertisseur, dans le but d'améliorer les performances du récepteur pour, in fine augmenter la maturité de la technologie (augmentation des portées, densités de puissance, ?). Dans ce contexte, la thèse consistera à étudier, développer et tester les performances de solutions de TPSF hybride. Le candidat sera amené à développer des modèles analytiques et numériques pour identifier les paramètres d'influence du système couplé et comparer ses performances à la littérature. Le candidat devra aussi développer des électroniques de conversion d'énergie innovantes adaptées. Une optimisation conjointe du système électromécanique et de son électronique associée mènera à la réalisation d'un système complet de transmission de puissance sans fil performant. Le but final de la thèse est l'analyse et la compréhension des avantages et des limites de cette technologie hybride. Un profil pluridisciplinaire orienté physique et mécatronique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe et une aptitude à l'expérimentation. Le doctorant sera intégré au Département Systèmes du CEA-Leti, au sein d'une équipe de chercheurs possédant de fortes compétences sur le développement et l'optimisation de systèmes électroniques et mécatroniques alliant des solutions innovantes pour la récupération d'énergie, la transmission de puissance sans fil, l'électronique basse consommation et l'intégration de capteurs pour le développement de systèmes autonomes.

Télécharger l'offre (.zip)

Interface haptique innovante

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Master 2 ou école d'ingénieur Physique générale

01-09-2020

SL-DRT-20-0724

fabrice.casset@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Une interface haptique permet à l'utilisateur d'interagir avec l'environnement par le sens du toucher. Ce sens peut être utilisé notamment pour donner des informations complexes en environnement hostile, bruyant ou a visibilité réduite. Aujourd'hui des démonstrateurs permettent de générer des effets haptiques essentiellement sur des écrans en verre. Nous nous proposons de développer des solutions haptiques innovantes aptes à générer des effets complexes sur des surfaces courbes, conformables et de nature diverses (métal, plastique?). Le candidat aura pour objectif de dimensionner, réaliser et caractériser des interfaces haptiques. Une réflexion sera menée sur les différentes possibilités pour intégrer cette fonction haptique sur des supports variés. Pour cela, il développera des modèles analytiques et utilisera le calcul par éléments finis (COMSOL). Encadré par les experts du CEA sur la thématique, il proposera la technologie la plus adaptée (actionneur déposés en couche mince ou report de céramiques) pour intégrer les actionneurs piézoélectriques générant l'effet haptique sur des surfaces courbes, conformables, idéalement flexibles. Enfin, une réflexion sur le système global sera nécessaire afin de proposer un démonstrateur haptique innovant et complexes intégrant des fonction de détection de la position du doigt de l'utilisateur, d'actionnement et de pilotage.

Télécharger l'offre (.zip)

Capteurs télé-alimentés et interrogeables à distance

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Systèmes embarqués - Systèmes de communication radiofréquences - Mécanique

01-09-2020

SL-DRT-20-0803

patrice.rey@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le besoin de capteurs interrogeables à distance permet d'envisager de nouvelles applications aussi bien en aéronautique (le monitoring d'aile d'avion, pales de turbine), l'énergie (mesures sur des dispositifs tournants), le génie civil (surveillance d'ouvrage) que des applications grand public comme les écrans, la santé (patch médical) et également les domaines de la sécurité et de la défense. Pour ces derniers secteurs, on pourra souligner l'intérêt de ce type de capteurs télé-alimentés et interrogeables à distance, dans toutes les situations où un capteur doit être placé dans un endroit difficile d'accès, où le capteur peut être enfoui, dans les situations où il ne peut pas embarquer une puce électronique ou une batterie (haute température, ambiance explosive, etc?), où il ne peut être relié électriquement à l'extérieur (machine tournante, exiguïté, etc?). La technologie « M&NEMS » développée par le CEA-LETI pour le domaine des capteurs peut permettre de répondre à ce besoin de miniaturisation extrême, d'ultra-basse consommation, de hautes performances et de bas coût. Par ailleurs, le CEA-LETI travaille également sur des capteurs passifs à transduction électromagnétique intégrant une antenne miniature, capteurs qui présentent un très fort intérêt pour être lus à distance par une antenne interrogatrice. Ce type de capteur couplé à une antenne sans circuit électronique peut également permettre d'augmenter la distance d'interrogation entre le lecteur et le capteur télé-alimenté, par rapport aux tags de type RFID qui nécessité de l'énergie pour réveiller le circuit. Le défi consiste à coupler et intégrer ces capteurs silicium avec une architecture d'antenne (co-design). Le travail consistera à concevoir et fabriquer des systèmes capteur-antenne en étudiant conjointement chacun des deux composants de manière à optimiser le couplage en téléalimentation et télétransmission. Ceci nécessitera une interaction étroite entre la conception du capteur et de l'antenne. Plusieurs types de capteurs fonctionnant en mode statique ou en mode résonnant pourront être étudiés. Pour réaliser ce travail multidisciplinaire, le doctorant s'appuiera sur les expertises et les moyens de plusieurs laboratoires du CEA-LETI: les laboratoires « Capteurs » (LCMC), « Tests/Fiabilité » (LCFC) du Département des Composants Silicium et également sur le laboratoire « Antenne, Propagation et Couplage Inductif » (LAPCI) du Département « Système ainsi que sur une plateforme technologique pour la fabrication du capteur. Il pourra collaborer avec d'autres doctorants impliqués sur cette thématique, notamment pour la partie conception de l'antenne adaptée.

Télécharger l'offre (.zip)

Voir toutes nos offres