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Défis technologiques >> Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif
11 proposition(s).

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Modèle de la situation et planification de tâches d'un manipulateur mobile en environnement logistique incertain

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Contrôle et Supervision Robotique

Master 2 ou école d'ingénieur

01-03-2021

SL-DRT-21-0459

eric.lucet@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Le projet de recherche proposé concerne l'évolution autonome d'un robot mobile en contexte logistique, par exemple un chariot élévateur automatisé. A partir d'une analyse de la situation, le système devra, de façon autonome, être capable de trouver la séquence d'actions lui permettant de se déplacer vers un objet d'intérêt, le saisir et le placer dans une région prédéfinie. Cela doit pouvoir se faire tout en évitant les collisions et possiblement en dégageant le chemin pour rendre possible le mouvement de la base mobile et du préhenseur. En cas d'échec, la replanification inhérente à la méthode doit être capable de trouver une nouvelle séquence d'actions. Il s'agira ainsi d'implémenter un modèle statistique de la situation courante et future de navigation au voisinage d'un robot mobile équipé d'un système de préhension, ainsi qu'un algorithme de planification de tâches basé sur ce modèle. Le modèle de connaissance de la situation s'appuiera sur les données contextuelles des modules de perception, des modèles de processus et de tâches, des agents (robots et humains) présents dans l'environnement et de leurs états, des données intrinsèques du robot et du modèle géométrique de l'environnement. La détection de situations particulières (anomalies, etc.) pourra se traiter par de l'analyse de données et des algorithmes d'apprentissage automatique, avec possiblement une phase d'entrainement à partir de remontées d'informations et de connaissances a priori. En particulier, l'approche par planification hiérarchique dans le présent (HPN) intègre les planifications de tâche et de mouvement et traite l'incertitude. Elle évite d'essayer de trouver des solutions optimales pour le POMDP (ce qui est insoluble), en construisant une approximation déterministe de la dynamique (modèle de la situation), en établissant un plan séquentiel, et en exécutant ce plan tout en observant les éventuels changements par rapport aux résultats attendus, et en le re-planifiant lorsque des écarts se produisent. En outre, pour faire face à l'incertitude sur l'état actuel, la planification doit se faire dans l'espace de croyance, qui est la probabilité des distributions sur les états du monde. Ainsi, à partir de travaux préliminaires sur ce sujet, une amélioration du plan hiérarchique, ainsi qu'une meilleure compréhension et formulation des modèles de modification des états de croyance résultant de ces actions, seront à investiguer.

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Éléments finis de coques en temps réel pour la simulation en réalité virtuelle

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Simulation Interactive

Ingénieur ou Master en Mécanique ou Mathématiques Appliquées

01-09-2021

SL-DRT-21-0594

anders.thorin@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Avec l'intérêt grandissant pour la simulation interactive apparait le besoin de simuler en temps réel des coques, qui sont des volumes dont deux dimensions sont grandes devant la troisième (l'épaisseur). L'objectif de cette thèse consiste donc à développer un modèle de coque adapté en se concentrant sur la dynamique des coques minces (théorie de Kirchhoff?Love), dans le cadre des grands déplacements (non-linéarité géométrique) mais dont les déformations demeurent faibles, avec une loi de comportement de type Saint-Venant ? Kirchhoff. Le travail s'effectuera en trois partie, i) fournir des critères pour déterminer ce qui peut être simulé en temps réel ou non (avec un nombre de degrés de liberté et une précision donnée), ii) identifier ou développer des éléments finis à la fois robustes pour traiter différents cas d'usage et efficaces en termes de coût de calcul, iii) en fournir une implémentation et des exemples de simulations qu'on ne sait pas simuler en temps réel à ce jour, à matériel égal.

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Optimisation des paramètres d'acquisition en mesure et imagerie RX par la simulation

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Electro-magnétisme

Master physique nucléaire / Ingénieur généraliste

01-10-2021

SL-DRT-21-0723

anthony.touron@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

L'objectif de la thèse est de mettre en place une méthode numérique d'optimisation de paramètres d'acquisition en contrôle par rayons X (RX). Le DISC développe un logiciel de simulation pour le Contrôle Non Destructif qui intègre un module destiné à l'imagerie RX. Ce module, qui correspond à un jumeau numérique du contrôle, permet à l'opérateur de reproduire une configuration expérimentale (source, détecteur, géométrie et matériau de l'objet, défauts, ?) afin d'estimer le résultat qu'il observerait sur une acquisition réelle et ainsi évaluer la sensibilité de la méthode, la limite de détectabilité des défauts ou encore l'impact de différents paramètres (tension et filtration du tube, géométrie d'acquisition). Pour définir ces configurations, l'opérateur doit se baser sur sa propre expérience, ce qui a pour conséquence la réalisation d'acquisitions potentiellement non optimales. Cette limite liée à la dépendance à l'utilisateur est particulièrement critique dans les cas où le signal recherché est très faible par exemple en identification d'une faible quantité d'élément en fluorescence X ou encore pour la tomographie RX qui implique un grand nombre de paramètres d'acquisition. L'objectif est de rendre les mesures expérimentales plus robustes, en ajoutant de l'intelligence dans l'outil de simulation existant, qui intègrerait alors une fonctionnalité d'optimisation des paramètres d'acquisition. Le doctorant devra proposer une méthode numérique permettant de définir, à partir d'un ensemble de simulations, les paramètres maximisant un critère de qualité donné. Ce critère sera défini en fonction du contrôle visé (typiquement l'amplitude du pic de fluorescence ou le taux de transmission du signal RX) et validé expérimentalement.

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Imagerie assistée par simulation pour le SHM par ondes élastiques guidées : tomographie et dérivée de forme

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Méthodes CND

01-10-2021

SL-DRT-21-0738

tom.druet@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Le contrôle santé intégré (SHM) consiste à suivre l'état de santé d'une structure à partir de capteurs intégrés. Dans ce contexte, le LIST travaille sur des méthodes de tomographie novatrices par ondes élastiques guidées pour cartographier des zones corrodées sur géométries simples : plaques et tubes. Le sujet de la thèse est d'adapter à nos problèmes dynamiques la méthode dite « dérivée de forme », surtout utilisée sur données statiques, pour développer une imagerie itérative basée sur un jumeau numérique. Cette méthode permet une reconstruction de grande qualité pour des géométries complexes mais implique la résolution d'un problème numérique coûteux. La qualité de la cartographie dépend aussi fortement de l'initialisation, souvent basée sur la structure parfaite, potentiellement éloignée de l'état actuel. Nous proposons d'adresser ces deux points ainsi : l'initialisation de la dérivée de forme sera obtenue à partir des méthodes de tomographie existantes, améliorant ainsi la convergence en limitant le nombre d'itérations et l'effet des minima locaux. Le problème numérique sera résolu au moyen d'éléments finis spectraux d'ordre élevé transitoires, permettant des calculs rapides et peu coûteux. La définition de métriques adaptées à la comparaison des signaux simulés et expérimentaux constituera également un volet de l'étude. Les performances seront validées sur des données expérimentales représentatives de cas complexes d'intérêt pour l'industrie (corrosion sous support, etc.).

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Approche deep learning pour améliorer la qualité de l'image en reconstruction tomographique X par vues éparses

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Electro-magnétisme

Ecole d'ingénieur ou M2 "Data science" / Mathématiques appliquées

01-10-2021

SL-DRT-21-0739

caroline.vienne@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

La tomographie par rayons X (RX), qui consiste à reconstruire une image 3D d'un objet à partir d'un ensemble de radiographies, est une méthode d'imagerie incontournable dans le domaine médical comme dans celui du contrôle non destructif de pièces industrielles. Dans ces deux types d'applications, elle rencontre le même besoin de produire un résultat fiable et de la meilleure qualité possible à partir d'un nombre minimal de radiographies, que ce soit pour limiter la dose reçue par le patient ou pour réduire le temps d'acquisition et ainsi être compatible avec du contrôle sur ligne de production. Malheureusement, une telle réduction du nombre de radiographies, ou projections, se traduit généralement par l'apparition d'artefacts sur l'image reconstruite qui impactent fortement sa lisibilité. L'objectif de cette thèse est de recréer des projections manquantes à l'aide d'une méthode de deep learning basée sur les réseaux de neurones convolutifs de type U-net, qui sera entraînée dans un premier temps sur une base de données constituée d'images simulées. Cette base de données sera obtenue à l'aide du logiciel de simulation CIVA développé au sein du DISC, qui correspond à un jumeau numérique d'une acquisition tomographique. En effet, le coût important de l'acquisition tomographique est aujourd'hui un verrou majeur à la création des bases de données nécessaires à l'apprentissage de ces modèles. Cette première phase sera alors couplée à une approche de transfer learning pour réduire le biais introduit par ces données simulées à l'aide d'un ensemble très réduit de données expérimentales.

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Programmation multi-architectures pour la reconstruction à haute performance en tomographie passive

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Développement Informatique

Ecole ingénieur informatique, master calcul haute performance

01-03-2021

SL-DRT-21-0745

hamza.chouh@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Le Structural Health Monitoring (SHM, ou contrôle santé intégré) est une approche du contrôle non destructif visant à intégrer des outils d'inspection directement dans les structures ciblées afin de faciliter l'acquisition de données et éviter la mobilisation régulière de ressources de contrôle (humaines, matérielles) et l'immobilisation d'équipements. S'inscrivant dans cette démarche, la tomographie ultrasonore passive exploite le bruit de structure de pièces assimilables à des guides d'ondes pour contrôler les variations d'épaisseur de celle-ci, dans l'objectif de détecter l'apparition de défauts de corrosion ou d'érosion. Ce procédé implique l'utilisation de plusieurs algorithmes de traitement du signal appliqués à de grandes quantités de données. Dans l'objectif d'intégrer des contrôles de SHM dans des équipements à la fois compacts et peu énergivores, cette thèse vise à développer une chaîne de traitement du signal embarquée répondant aux besoins de la tomographie passive. Il sera donc nécessaire de déterminer les architectures matérielles les plus adaptées et de réaliser des implémentations hautement optimisées des algorithmes impliqués dans la chaîne de traitement en faisant évoluer ceux-ci en fonction des besoins de performance. A cette fin on étudiera au cours de la thèse différentes architectures matérielles (GPU, GPU faible consommation, FPGA) en comparant des approches de programmation générique (Sycl) et des implémentations dédiées à chaque architecture.

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Développement d'une technique d'imagerie de phase en rayons X adaptée à de la tomographie in-situ de matériaux composites

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Instrumentation et Capteurs

Master instrumentation, interaction rayonnement matière, optique

01-10-2021

SL-DRT-21-0847

adrien.stolidi@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Du fait de leur rapport résistance/poids élevé, les matériaux composites sont largement utilisés dans l'industrie aéronautique. Toutefois, ils peuvent être affectés par des défauts qui peuvent apparaître soit peu de temps après leur fabrication, soit plus tard au cours de leur vie. Les techniques de contrôle non destructif (CND) conventionnelles peinent à identifier des défauts à micro-échelle, tels que la fissuration de la matrice ou le décollement local des fibres dans la matrice. La tomographie à rayons X permet alors de résoudre ces structures, mais le faible numéro atomique des matériaux conduit à un faible contraste. Ajouter à cela, le besoin de caractérisation non-destructive durant une mise sous contrainte (mécanique, thermique, ?) de ce type de matériaux : de la tomographie in-situ. L'objet de cette thèse est de développer une technique innovante de tomographie in-situ basée sur les déphasages des rayons X introduits à la traversée de l'échantillon en complément de leurs absorptions. Une première expérience a été développée en collaboration entre l'Onera et le CEA ? LIST sur la base d'un procédé nouveau, inventé à l'Onera, l'interférométrie à décalage multi-latéral (MSI); elle a permis de montrer le fort potentiel de cette technique. La première partie du travail de thèse sera de fiabiliser ce premier banc et de développer des méthodes adaptées de tomographie in-situ de phase afin de les comparer aux standard de tomographie par atténuation. L'utilisation d'équipement non-standard seront dans le scope de ce travail de thèse notamment les plateformes de tomographie robotisées du CEA (Saclay & Nantes). Des caractérisations représentatives du domaine seront menées, en accord avec les objectifs fixés par les spécialistes Onera des matériaux aéronautiques qui suivront ce travail. De l'imagerie de phase par rayons X résolue en temps sera aussi mené sur des échantillons sous contraintes (défauts volumétriques de taille typique inférieure à la dizaine de µm). Ce nouvel axe sera réalisé par le CEA et l'Onera, en partenariat avec le laboratoire LP3, (UMR Université Aix-Marseille/CNRS), qui a développé une source innovante de rayons X durs laser-plasma de fréquence de répétition de 100 Hz, basée sur un laser intense impulsionnel. Des premières expériences de faisabilité seront alors réalisées sur ce nouveau type de source. La seconde partie du travail se focalisera sur l'utilisation de l'information de diffusé, codée dans la mesure MSI, pour remonter à des orientations de fibre constituant le matériau composite. On retrouve dans la littérature des études présentant des reconstructions tomographiques tensorielles, incluant des informations directionnelles de diffusion induites par des microstructures dans le volume reconstruit de l'échantillon. Le véritable challenge est de corréler la réponse du signal de diffusé, à l'orientation d'une microstructure, en fonction d'une énergie d'inspection donnée. La source du LP3 (Molybdène K-alpha), permettra de se focaliser sur la réponse du signal diffusé à une énergie de 17,48 keV. La corrélation entre le signal mesuré et la distribution de l'orientation des fibres s'appuiera sur un modèle de déconvolution sphérique. Le travail sera essentiellement réalisé dans les laboratoires de l'Onera et du CEA. Il sera constitué d'une partie théorique, centrée autour des techniques interférométriques et l'interaction rayonnement-matière, et d'une partie expérimentale forte sur plusieurs installations rayons X (CEA Saclay & Nantes, LP3 à Marseille). Le développement des bancs impliquera une partie technologique importante, avec un potentiel fort d'innovation.

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Scintillateur plastique dopé aux molécules cyclophanes pour la discrimination neutron/gamma

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Chimie organique, inorganique ou science de la matière

01-10-2021

SL-DRT-21-0868

guillaume.bertrand@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Les rayonnements neutroniques sont très élusifs et difficilement séparables d'un environnement gamma. Or certaines formulations de scintillateurs plastiques donnent accès à la discrimination neutron/gamma en s'appuyant sur le phénomène d'annihilation triplet-triplet (ATT). Le projet CYCLOPS a pour but de synthétiser une famille de cyclophanes poly-aromatiques et de les incorporer dans des scintillateurs plastiques afin de promouvoir ce phénomène d'ATT et donc d'augmenter leurs capacités de discrimination. Le projet s'appuie sur des résultats prometteurs (un brevet) et s'organisera en trois volets : synthèse organique ; fabrication et évaluation des scintillateurs ; exploration photophysique. Le champ d'application visé avec un tel détecteur neutronique performant est très varié : sécurité du territoire, non-prolifération, contrôle dans une centrale nucléaire, etc.

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Métrologie répartie haute cadence par spectrométrie dispersive et réseaux de Bragg pour les applications de surveillance structurelle (SHM)

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs Fibres Optiques

01-10-2021

SL-DRT-21-0887

sylvain.magne@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

La métrologie par réseaux de Bragg pour la surveillance de santé des structures (SHM) est actuellement fortement limitée en capacité et en cadence d'acquisition. La spectrométrie Bragg dispersive (DBS) est une technique innovante susceptible de lever ces limitations tout en restant compétitive au plan économique. Le principe consiste à utiliser des lasers impulsionnels et réaliser une correspondance entre un décalage en longueur d'onde de Bragg et un retard temporel en mettant en ?uvre un milieu fortement dispersif. Jusqu'à présent utilisée essentiellement en physique des chocs avec des oscilloscopes à large bande passante, elle a un fort potentiel pour les applications SHM. Comme exemple d'application d'intérêt pour l'industrie aéronautique (collaboration avec Safran), une mesure répartie de l'état de déformation le long de joints collés ou soudés à l'intérieur d'une structure sera menée par DBS le long d'un réseau de Bragg à période variable (Chirped FBG). Le principe de mesure consiste à enregistrer l'interférogramme dans le domaine temporel résultant de l'interférence entre la lumière réfléchie par un CFBG de mesure et celle réfléchie par un autre CFBG de référence. Un algorithme de type transformée de Fourier inverse permet alors de remonter à la répartition des déformations le long du CFBG. Le doctorant définira les spécifications des CFBG (collaboration avec l'université de Lille) et participera à leur caractérisation. Puis, il réalisera une expérience mettant en ?uvre un laser impulsionnel, une paire de CFBG, un détecteur haute fréquence et un oscilloscope large bande. Des expériences préliminaires seront réalisées en laboratoire avec un profil de déformation contrôlée et un algorithme de calcul inverse sera mis au point et évalué. Parallèlement, un circuit spécialisé dans la mesure de temps sera approvisionné par le laboratoire dans le but à terme de remplacer les oscilloscopes. Ce circuit sera évalué avec des céramiques PZT, voire la technique laser ultrasonique (collaboration avec CNRS-PIMM). Finalement, la méthode DBS sera testée en situation représentative (Safran) sur des structures composites réelles.

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Etude et mise en ?uvre d'une dosimétrie neutron/gamma distribuée par réseaux de Bragg en ambiance radiative sévère, extension à la mesure dans le réacteur d'irradiation expérimental RJH

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire Capteurs Fibres Optiques

01-10-2021

SL-DRT-21-0904

sylvain.magne@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

La cartographie in-core et ex-core de la température et de la fluence neutronique est essentielle pour le suivi opérationnel en conditions nominales et incidentelles des réacteurs nucléaires expérimentaux et de puissance. En pratique, le niveau et les forts gradients temporels et géométriques des températures et des flux (neutron/gamma), combinés à un espace disponible très restreint (mm3) et à un nombre limité de lignes physiques de mesure disponibles, limitent drastiquement les moyens de mesures disponibles. Le phénomène d'atténuation induite par les radiations (Radiation-Induced Attenuation ? RIA) est déjà exploité (par métrologies FBG ou OFDR) sur fibres optiques phosphosilicates pour réaliser une dosimétrie répartie à des températures inférieures à 70°C et pour des doses inférieures au kGy. Pour des températures supérieures (e.g. 300°C, REP), la RIA dépend fortement de la température et du temps en raison du phénomène de ?récupération'. Ainsi, à ce jour, la faisabilité d'une telle dosimétrie in-core reste à démontrer compte tenu des difficultés liées aux températures et fluences élevées. La métrologie par réseaux de Bragg (Fiber Bragg Gratings ? FBG), multiplexés dans le domaine spectral (Wavelength-Division Multiplexing, WDM), est largement employée en industrie pour la mesure de température. Elle présente également un potentiel important pour la mesure de fluence (gamma/neutrons) puisque parallèlement à la RIA intervient une variation de la longueur d'onde de Bragg (Bragg Wavelength Shift ? BWS) due à l'évolution de l'indice moyen de la silice sous radiation. L'objectif du travail de thèse consistera à réaliser un dosimètre gamma/neutron distribué basé sur une fibre spéciale (multi-c?urs) et de valider ses performances au plan expérimental. La photo-inscription de plusieurs FBG sur une même section de fibre permettra de réaliser des mesures corrigées en température en situation de gradients de dose élevés. De plus, on recherchera à mettre en ?uvre des c?urs de radiosensibilités différentes afin de séparer et identifier les différentes contributions radiatives. Ce schéma de photo-inscription en chaque c?ur sera reproduit en différentes positions le long de la fibre sensible afin de réaliser une dosimétrie distribuée. Le dispositif donnera également accès à un profil de températures, corrigé des effets radiatifs. Le doctorant travaillera en collaboration avec les ingénieurs du laboratoire réalisant les photo-inscriptions Bragg par laser femtoseconde. Il bénéficiera de deux collaborations scientifiques entre le CEA et le laboratoire PhLAM de l'Université de Lille d'une part (fabrication de préformes et de fibres spéciales et moyens de connectique) et le laboratoire Hubert Curien (LabHC) de l'Université de Saint-Etienne d'autre part (compréhension des phénomènes radiatifs). Enfin, ce sujet est porté par le projet CEA/DES/DPE/GEN23/INSNU qui fournit le cadre technique et notamment les accès nécessaires aux installations d'irradiation, notamment dans le cadre d'accords avec des instituts étrangers. Le LDCI (DES/IRESNE/DER/SPESI) participera aussi à la réalisation des programmes d'irradiation. Des essais sur générateur X (LabHC) et en réacteurs (CEA/CABRI, JSI/TRIGA, SCK/BR2) sont prévus.

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Commande adaptative d'un exosquelette d'assistance au port de charge

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire d'Architecture des Systèmes Robotiques

Ingénieur ou master2 en automatique / robotique, informatique, mathématiques appliquées

01-09-2021

SL-DRT-21-1066

franck.geffard@cea.fr

Usine du futur dont robotique et contrôle non destructif (.pdf)

Ces dernières années les recherches visant à faire collaborer des robots avec les hommes ont beaucoup progressées. Cependant une des difficultés majeure qui empêche encore l'utilisation massive de ces nouvelles technologies dans l'industrie pour l'exécution de tâches complexes, est le manque de solution satisfaisante permettant d'anticiper correctement l'intention de l'opérateur. Ce besoin est d'autant plus criant dans le cas d'une interaction physique sur l'ensemble d'un membre de l'opérateur, comme cela est souvent le cas pour les exosquelettes, et en particulier ceux permettant une assistance en effort. L'objectif de cette thèse est de développer et évaluer de nouvelles lois d'apprentissage et de commande pour améliorer l'utilisabilité et le confort des exosquelettes. Pour ce faire, différentes voies de recherche seront envisagées. La première consistera à travailler l'apprentissage progressif et intuitif de trajectoires pour l'exosquelette, en poursuivant des travaux déjà menés dans le laboratoire d'accueil, et en prenant en compte des caractéristiques de mouvement humain comme critère d'optimisation du confort de l'interaction homme/exosquelette. La seconde thématique concernera la détection précoce, voire l'anticipation, de l'intention motrice de l'utilisateur, via l'utilisation de capteurs embarqués. On étudiera notamment comment rendre l'exosquelette plus transparent en exploitant des modèles prédictifs des trajectoires du bras humains. Finalement, le problème de la co-adaptation sera également traité pour concevoir des lois de commande adaptatives. Une des idées sous-jacentes est par exemple ici de caractériser en temps réel l'interaction homme/exosquelette afin d'essayer de l'assister progressivement et ainsi lui offrir une assistance plus douce et confortable.

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