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Le jumeau numérique pour l'orchestration dynamique de systèmes autonomes et embarqués

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Labo.conception des systèmes embarqués et autonomes

Master 2 informatique

01-10-2020

SL-DRT-20-1274

saadia.dhouib@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'autonomie et l'auto-adaptation caractérisent les systèmes actuels et futurs dans presque tous les domaines d'application: automobile (par exemple, voitures autonomes Tesla), robotique (par exemple, les robots Boston Dynamics), Industrie 4.0 (par exemple, lignes de production reconfigurables à la demande). Ces systèmes hautement autonomes sont très difficiles à construire, ils ont besoin de fonctionnalités allant de la surveillance, l'analyse, la planification, la prise de décision à l'auto-adaptation et l'auto-configuration. Le concept de jumeau numérique a d'abord été défini et utilisé par la NASA pour répondre aux défis susmentionnés au cours de toutes les phases du cycle de vie des navettes spatiales, de la conception, l'ingénierie, l'exploitation au décommissionnement. Le jumeau numérique est défini par la NASA et l'USAF (United States Air Force) comme «une simulation multi-physique, multi-échelle et probabiliste intégrée d'un véhicule ou d'un système tel que construit qui utilise les meilleurs modèles physiques disponibles, les mises à jour de capteurs, l'historique de la flotte, etc. ., pour refléter la vie de son jumeau physique »[1]. Les cas d'application des jumeaux numériques sont principalement regroupés dans trois domaines: le manufacturing, l'aviation et la santé [2]. La technologie du jumeau numérique a une grande importance pour l'IDM (Ingénierie dirigée par les modèles) car elle peut permettre à l'IDM de couvrir tout le cycle de vie du système et de garantir l'autonomie et l'auto-adaptation des systèmes complexes de la phase de conception du système à la phase d'exploitation [5]. Plus précisément, les jumeaux numériques peuvent être exploités dans: ? l'ingénierie du système (par exemple, conception du système et vérification par simulation), ? les tests (par exemple, validation du système en exploitant les modèles) ? Monitoring, diagnostic et auto-adaptation du du système (par exemple, identifier et traiter les comportements imprévus et indésirables avant qu'ils ne se produisent réellement). Le but de cette thèse est d'exploiter la technologie des jumeaux numériques dans un écosystème IDM basé sur un projet open source Papyrus [3] pour aborder les problématiques de monitoring, diagnostic et l'auto-adaptation de systèmes complexes. Le candidat examinera les questions de recherche et développement suivantes: o Comment concevoir une architecture de référence pour le jumeau numérique et une API indépendante des services qui les utiliseront. Il est important de concevoir le jumeau numérique pour qu'il soit utilisé dans différents domaines d'application afin de réduire les coûts. o Comment relier le système physique à son jumeau numérique en utilisant une connectivité fiable et à faible latence et comment monitorer efficacement les systèmes physiques et collecter des données en temps réel? Les nouvelles technologies de l'IoT (Internet des objets) seront étudiées à cet effet. o Comment construire un environnement dynamique basé sur les modèles pour le jumeau numérique en utilisant l'approche Models@Runtime [4], o Quelles approches et normes seront utiles pour spécifier la sémantique des communications et assurer l'interopérabilité sémantique entre les systèmes en cours d'exécution? o Comment garantir les capacités d'auto-adaptation et d'auto-configuration dans le jumeau numérique. Les techniques d'optimisation stochastique sont une solution potentielle pour l'auto-adaptation [6]. [1] Glaessgen, E.H.; Stargel, D.S. The Digital Twin Paradigm for Future NASA and U.S. Air Force Vehicles. In Proceedings of the AIAA 53rd Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference: Digital Twin. Special Session, Honolulu, HI, USA, 23?26 April 2012. [2] B. R. Barricelli, E. Casiraghi and D. Fogli, "A Survey on Digital Twin: Definitions, Characteristics, Applications, and Design Implications," in IEEE Access, vol. 7, pp. 167653-167671, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2953499. [3] Papyrus Eclipse Project, https://www.eclipse.org/papyrus/ [4] Bencomo, Nelly & France, Robert & Cheng, Betty & Aßmann, Uwe. (2014). Models@run.time: Foundations, Applications, and Roadmaps. 10.1007/978-3-319-08915-7. [5] Madni, A.M.; Madni, C.C.; Lucero, S.D. Leveraging Digital Twin Technology in Model-Based Systems Engineering. Systems 2019, 7, 7. [6] Z. Coker, D. Garlan and C. L. Goues, "SASS: Self-Adaptation Using Stochastic Search," 2015 IEEE/ACM 10th International Symposium on Software Engineering for Adaptive and Self-Managing Systems, Florence, 2015, pp. 168-174, doi: 10.1109/SEAMS.2015.16.

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Simulations et modélisation OxRAM basées sur HfO2

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

Master's degree in microelectronics, solid-state physics, or related discipline.

01-10-2020

SL-DRT-20-1280

thierry.poiroux@cea.fr

Simulation numérique (.pdf)

Notamment grâce au développement des mémoires résistives, le calcul neuromorphique est désormais une réalité. Ces composants bénéficiant d'une forte endurance, de vitesses de commutation élevées, et permettant une programmation multi-niveaux, le tout pour un faible coût de fabrication, ils sont des composants de base naturels pour la logique neurmorphique. Les OxRAM sont un type de mémoires résistives donc la commutation entre état de faible et de forte résistance est réalisée au sein d'un oxyde métallique tel que HfO2. Au-delà de leur utilisation pour le calcul neuromorphique, les OxRAM, qui allient vitesse élevée et non-volatilité, sont envisagées comme une voie possible vers le développement d'une mémoire universelle. Dans ce contexte, Le CEA-Leti développe, caractérise et intègre au sein de démonstrateurs, des composants de type OxRAM basés sur HfO2. Ces démonstrateurs sont fabriqués en technologie 200mm (MAD200 - Memory Advanced Demonstrator 200mm). Toutefois, afin de permettre l'accès de cette technologie au plus grand nombre, un modèle de mémoire OxRAM est indispensable. La société Silvaco collabore donc avec le Leti pour atteindre cet objectif, notamment en développant des outils de simulation élément finis (TCAD). Dans le cadre des mémoires Résistive ils ont récemment développé un module électrochimique permettant de capturer le mécanisme de commutation résistive des OxRAM. Ce module, intégré dans la suite de simulation TCAD standard, a permis d'obtenir de premier résultats encourageants comparés aux résultats expérimentaux obtenus au CEA-Leti. Cependant, les mécanismes physiques mis en jeu, tant pour la commutation que le transport de charges, restent à éclaircir et se doivent d'être finement explorés. Dans ce contexte, le CEA-Leti et la société Silvaco offre une bourse de thèse CIFRE de 3 années avec un démarrage prévu avant la fin de l'année 2020. Le candidat retenu travaillera essentiellement sur Grenoble au sein du laboratoire de simulation et de simulation du CEA-Leti. Les principaux axes de ce travail de recherche couvriront : ? L'évaluation de l'approche TCAD développée par Silvaco par comparaison aux derniers résultats expérimentaux disponibles au CEA-Leti. Cet axe couvrira notamment le calibration des paramètres matériaux en entrée du module électrochimique et la proposition d'axes d'amélioration de l'approche d'ores et déjà développée ; ? La participation au développement d'un outil du CEA-Leti permettant de simuler le transport électronique basé sur une approche Mont-Carlo et prenant notamment en compte le transport tunnel assisté par pièges ; ? La calibration des paramètres du simulateur en s'appuyant sur les données expérimentales mais aussi sur des résultats de simulation ab initio, notamment pour ce qui concerne les énergies des pièges, les probabilités de transport tunnel et le couplage électron-phonons ; ? La caractérisation par simulation TCAD des performances des mémoires OxRAM pour ce qui concerne la puissance nécessaire à la commutation, les vitesses d'écriture et d'effacement, la rétention et l'endurance.

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Assistance à l'analyse de la sureté des postes de travail avec robots collaboratifs en utilisant des techniques de Simulation Interactive et de Réalité Etendue

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Simulation Interactive

Master recherche ou école d'ingénieur

01-10-2020

SL-DRT-20-1291

vincent.weistroffer@cea.fr

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

Ce sujet de thèse s'inscrit dans le thème de l'analyse de la sureté des postes de travail avec des robots collaboratifs. Ceux-ci promettent d'accroître la flexibilité et l'agilité dans la production mais l'analyse de la sécurité de ce type de robot est complexe. Il est en effet difficile de respecter en même temps les contraintes normatives telle que l'ISO 15066 et les contraintes de productivité (temps de cycle). Toutes ces contraintes sont difficilement gérables par les outils de CAO traditionnels. Cette thèse a pour objectifs de proposer une méthodologie et un outil permettant de mieux intégrer les critères et contraintes de ce type de système en utilisant des outils de simulation interactive couplés à des systèmes de Réalité Etendue. Dans cette thèse, nous souhaitons développer des algorithmes temps réel qui permettent, dans un contexte de Réalité Etendue, de proposer des assistances pour optimiser les paramètres du poste de travail (placement du robot, trajectoire, capteurs de sécurité). Il faudra aussi prendre en compte les incertitudes sur les caractéristiques dynamiques du robot et les morphotypes des utilisateurs. Enfin, il faudra étendre ses travaux aux postes de travail composés de plusieurs robots collaboratifs.

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