Direction Scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie
Direction Scientifique
Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)
Labo.conception des système embarqués et autonomes
Diplôme de niveau Master (M2) dans une discipline en informatique
01-01-2019
SL-DRT-19-0401
shuai.li@cea.fr
Dans la discipline de l'apprentissage par machine, l'apprentissage profond, basé sur les réseaux de neurones, est une sous-discipline qui a pris de l'importance grâce à de nombreux succès significatifs. Contrairement au raisonnement machine classique, la méthode statistique par laquelle un réseau de neurones résout un problème peut être vue comme une forme primitive d'intuition. Cependant, actuellement le seul succès réel de l'apprentissage profond est sa capacité auto-configurer sa logique géométrique qui lui permet de transformer des données représentées par des points dans une dimension n, en des données représentées par d'autres points dans une dimension m, si on fournit suffisamment de données d'entraînement. Contrairement à un être humain, un réseau de neurones n'a pas la capacité de raisonner à travers la logique algorithmique. De plus, même si les réseaux de neurones sont extrêmement puissants pour une tâche donnée, puisqu'ils n'ont pas la capacité de généralisation globale, toute déviation dans les données d'entrée entraînerait des résultats surprenants, ce qui limite leur réutilisabilité. Avec le coût de développement important des réseaux de neurones, on comprend dès lors que leur intégration n'est pas toujours économiquement viable. C'est pourquoi il est nécessaire de les abstraire, encapsuler, réutiliser, et composer. Même s'ils sont absents de l'apprentissage profond, la logique algorithmique et l'abstraction sont aujourd'hui innées à l'ingénierie logicielle classique, à travers des primitives de programmation, des paradigmes d'architecture logicielle, et des patrons méthodologiques matures comme l'Ingénierie Dirigée par les Modèles. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous proposons de mélanger l'intelligence algorithmique réutilisable, offrant la capacité de raisonner, avec l'intelligence géométrique réutilisable, offrant la capacité à l'intuition. Pour atteindre cet objectif, nous pouvons explorer des idées comme l'intégration de primitives de contrôle dans les réseaux de neurones, l'application de paradigme d'architecture logicielle dans les modèles de réseau, et l'assemblage de systèmes modulaires utilisant des librairies contenant des modules algorithmiques et géométriques. Les résultats de cette thèse sont une étape dans le but global d'aider les entreprises à assembler des systèmes d'IA pour leurs problèmes spécifiques, en limitant le coût d'expertise, effort, temps, et données associé à l'intégration de réseaux de neurones.
Département Systèmes
Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif
Ingénieur ou Master II avec option hyperfréquences
01-06-2019
SL-DRT-19-0406
jean-francois.pintos@cea.fr
Les métamatériaux sont étudiés par la communauté scientifique depuis plusieurs années avec une attention particulière sur les méta-motifs 2D ou 3D. Dans le domaine des antennes, ces matériaux structurés ont été principalement utilisés comme surface magnétiques, surfaces filtrantes pour les ondes de surfaces ou antenne elle-même. Le principal inconvénient de ces matériaux est son comportement bande étroite. Des recherches récentes ont démontrées qu'il était possible de modifier la réponse des métasurfaces en rajoutant sur les motifs, un film sensible à une tension de commande ou en disposant des composants actifs entre eux. Plus récemment le CEA Leti a développé une nouvelle approche, à travers une thèse, afin de modifier les performances d'une métasurface, en insérant des moyens de contrôles sur sa face arrière ainsi que sur l'excitateur. La proposition, ici faite, s'inscrit dans la continuité de ces travaux, entamés au sein du laboratoire LAPCI, avec un développement spécifique autour des métasurfaces massivement accordables. En effet, il a été démontré que le couple métasurface/excitateur devait faire l'objet d'une conception/optimisation conjointe lorsque la métasurface et/ou l'excitateur étaient compacte voire miniature. L'objet de cette thèse est d'étudier cette interaction à travers la notion d'impédance de charge et de réaliser un démonstrateur final d'une métasurface reconfigurable de plusieurs centaines d'éléments actifs. L'intérêt majeur est d'envisager l'usage de métamatériau ultracompact réglable afin de miniaturiser l'encombrement d'une antenne placée à proximité d'un plan réflecteur. Le deuxième point majeur concerne la possibilité de contrôler en fonction de la fréquence le dispositif complet (par nature bande très étroite) sur une bande de fréquence de plusieurs dizaines de pourcent. Durant cette thèse le/la doctorant(e) sera amené(e) à développer la modélisation théorique du dispositif proposé et validera les performances attendues à travers des campagnes de simulations électromagnétiques 2D et/ou 3D. Il/elle sera en charge de faire réaliser les démonstrateurs retenus et effectuera les mesures des dispositifs dans les moyens d'essais du CEA-Leti et/ou du CNES (chambre anéchoïde). Le/la doctorant(e) sera intégré(e) au sein du Laboratoire Antenne, Propagation et Couplage Inductif à Grenoble. Il/elle fera partie de l'équipe de recherche (permanent, doctorants et non permanents) et sera encadrée par un ingénieur-chercheur du laboratoire. Le/la doctorant(e) sera amené à présenter ses travaux lors de congrès et colloques nationaux et internationaux.
Département Systèmes
Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif
Master 2 , école d'ingénieurs en électronique (Antenne, Hyperfréquences)
01-09-2019
SL-DRT-19-0423
serge.bories@cea.fr
Dans le sillage du «New Space », les prochaines générations de constellation de micro-satellites nécessitent de revoir l'agencement des antennes disposées sur la face ?Terre' des satellites d'observation. Au regard des contraintes de poids et d'encombrement, la stratégie d'une unique antenne à rayonnement directif unidirectionnel et très large bande (2.5 octaves à partir des bandes VHF) est fortement attractive. Le défi technique consiste à concevoir des structures rayonnantes électriquement petites dans les bandes les plus basses puis de maitriser la qualité et la stabilité du rayonnement à double polarisation circulaire sur le reste de la bande. Concernant les antennes directive très large bande, la réduction de l'épaisseur contraint fortement les performances en terme de bande passante. L'objectif ambitieux est d'atteindre un facteur de miniaturisation de 4 en surface et de 2 en épaisseur par rapport à l'antenne de type dipole magnéto électrique (DMEC) [1]. La stratégie innovante proposée par le CEA LETI vise à contourner le problème des limites physiques des antennes électriquement petite en tirant profit du compromis miniaturisation/bande passante/efficacité [2]. En effet les récepteurs couvrant une très large bande, ne fonctionnent instantanément que sur une sous-bande passante bien plus étroite. L'innovation majeure de la thèse exploite cette réduction de la bande instantanée pour miniaturiser fortement des sources de type Huygens (naturellement uni-directionnelles [3]) par chargement capacitif. En intégrant des composants pilotables (de type banc de capacités commutées développé au CEA LETI [4]) à même la structure rayonnante de l'antenne, on démontrera que l'antenne peut adresser une excursion de plusieurs octaves. L'enjeu scientifique est de dégager une solution générique de type double source de Huygens agile en fréquence et d'en étudier les performances en fonction de la largeur de bande instantanée, des caractéristiques des composants pilotables (excursion, pertes). Des développements seront menés pour optimiser le chargement de la structure antennaire, limiter les phénomènes de pertes. Des analyses viseront à développer des modèles permettant de dégager des stratégies de conception et de se confronter aux limites théoriques bande passante/miniaturisation et efficacité [5]. Une attention sera portée à la sensibilité au contexte de ce genre d'antenne miniature et des solutions pour atténuer cet effet seront suggérées. Enfin plusieurs prototypes fonctionnels seront réalisés et caractérisés expérimentalement dans la grande chambre anéchoïde au CEA LETI ou au CNES pour démontrer par la mesure les avancées réalisées en matière d'antennes miniatures directives agiles en fréquence. Références: [1] A. Kaddour, S. Bories, A. Bellion and C. C. Delaveaud, "3D Printed Compact Wideband Magneto-Electric Dipoles with Circular Polarization," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. [2] J. S. McLean, "A re-examination of the fundamental limits on the radiation Q of electrically small antennas," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 44, no. 5, pp. 672-, May 1996. [3] P. Alitalo, A. O. Karilainen, T. Niemi, C. R. Simovski and S. A. Tretyakov, "A linearly polarized huygens source formed by two omega particles," Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Rome, 2011, pp. 2302-2305. [4] D. Nicolas et al., "SOI CMOS tunable capacitors for RF antenna aperture tuning," 2014 21st IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (ICECS), Marseille, 2014, pp. 383-386. [5] Morteza Shahpari, David V. Thiel, "Fundamental limitations for antenna radiation efficiency", accepted for publication in IEEE TRANS. ANTENNAS PROPAG. VOL. 66, NO. X, 2018 1
Département Systèmes
Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques
Systèmes embarqués, cybersécurité
01-09-2019
SL-DRT-19-0426
pierre-henri.thevenon@cea.fr
Depuis quelques années, le nombre de systèmes connectés augmente de façon exponentielle et devrait atteindre plusieurs dizaines de milliards d'ici 2020. Une majorité de ces dispositifs n'intègrent pas ou peu de sécurité et peuvent permettre de créer des attaques massives impliquant un nombre important d'objets. Dans les systèmes embarqués IOT et I-IOT, ils existent maintenant des solutions hardware et software fournissant des primitives cryptographiques permettant de sécuriser une interface de communication ou le stockage de données. Cependant, ces solutions ne permettent pas de traiter la problématique de la sécurité dans sa globalité. A partir de l'étude de scénario d'attaques existants, des normes et textes réglementaires, cette thèse devra définir les besoins en sécurité d'un système embarqué tout au long de son cycle de vie. Une attention particulière devra être portée à la détection de menaces, l'intégrité hardware et logicielle, la résilience du système, et à la définition d'une nouvelle interface de commissioning. De nouvelles solutions seront étudiées et développées afin de répondre aux problématiques précédemment définis et non traitées dans les solutions existantes. L'implémentation de ces nouvelles briques technologiques sera les prémices du développement d'un nouveau composant appelé superviseur de sécurité. Ce composant pourrait, à terme, être intégré dans la majorité des systèmes embarqués afin de renforcer leur défense en profondeur.
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.
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.
