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Préservation des propriétés temporelles lors de la reconfiguration dynamique des Systèmes Cyber-Physiques

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire pour la Confiance des sYstèmes de calcuL

Informatique, simulation

01-09-2021

SL-DRT-21-0454

selma.azaiez@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Un contrat de thèse de 3 ans est disponible au CEA List pour explorer la reconfiguration dynamique des systèmes cyber-physiques tout en préservant ses propriétés temporelles. Les systèmes cyber-physiques sont des systèmes distribués et hautement hétérogènes utilisés dans des applications modernes dans différents domaines tels que l'automobile autonome, l'usine intelligente, l'aéronautique, l'énergie, etc. De tels systèmes doivent obéir à des propriétés temporelles telles que la latence ou le débit, qui garantiront un fonctionnement correct des systèmes. Les équipes du CEA LIST utilisent des techniques formelles basées sur les MoCC (Models of Computation and Communication) pour modéliser, analyser et valider de tels systèmes tout en les appliquant dans une grande variété de domaines. Dans le cadre de cette thèse, le doctorant sera amené à utiliser ces formalismes pour s'assurer du respect de ces propriétés temporelles lors de l'exécution du système. À partir d'un modèle de calcul, une analyse statique générera la configuration initiale du système respectant une latence ou un débit donné. Un monitoring temps-réel validera ces propriétés le long de l'exécution du système. Si des déviations sont détectées, une reconfiguration dynamique du système sera proposée sur la base d'algorithmes d'intelligence artificielle. Ce sujet est important dans divers domaine d'application l'automobile autonome où le respect des délais temporels fournie une part importante des garanties de sûreté du système mais aussi dans des domaines de l'Industrie 4.0 où les chaînes de production sont amenées à être facilement reconfigurables tout en respectant et maintenant des propriétés de débit. Le poste est disponible au CEA Saclay à Nano-Innov Palaiseau (près de Paris). Cette thèse sera encadrée par Stéphane Louise (directeur de thèse) et Selma Azaiez (co-encadrant). Cette proposition est dédiée aux étudiants recherchant une thèse au contenu ambitieux et désirant acquérir une expérience dans la recherche technologique en lien avec l'industrie. Vous devrez présenter un niveau équivalent de Master 2 avec de préférence une spécialité en génie logiciel et/ou en recherche opérationnelle. La connaissance des méthodes formelles ainsi que des algorithmes d'ordonnancement vous aideront à atteindre les objectifs attendus. Enfin, vous devrez présenter une bonne capacité de travail personnel, une habilité de travailler en équipe et une motivation pour les challenges techniques.

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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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Apprentissage incrémental autonome et embarqué

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Intelligence Intégrée Multi-capteurs

Traitement de signal, apprentissage automatique, programmation pour l'embarqué

01-09-2021

SL-DRT-21-0465

carolynn.bernier@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Le développement récent d'algorithmes d'apprentissage incrémental adaptés aux réseaux neuronaux profonds est une opportunité permettant d'imaginer de nouveaux capteurs intelligents déployés dans des milieux réels. En effet, la capacité de pouvoir perfectionner son apprentissage à un contexte spécifique de déploiement offre au capteur la possibilité de se personnaliser face à des variations lentes de la tâche à accomplir (ex : détection de différents types d'anomalies) ou encore d'apprendre de nouvelles tâches non prévues initialement (ex : détection de nouveaux types d'anomalies). Cette possibilité rendrait le capteur autonome de plus en plus pertinent. Une application possible pourrait être un imageur intelligent embarqué sur un robot de compagnie et dont la tâche serait de reconnaître les personnes. Celui-ci deviendrait capable de s'adapter aux changements de personnes à reconnaitre dans son environnement ou encore aux changements de décor qui pourraient survenir dans l'environnement. L'objectif de cette thèse est d'explorer les moyens par lesquels le capteur intelligent peut être rendu effectivement autonome dans son évolution sachant que les algorithmes d'analyse du capteur sont fortement contraints par leur contexte d'exécution embarqué. La fonction sera implémentée au travers d'un système avec deux modes, un toujours actif à l'écoute de l'environnement et un avec du calcul plus intensif et sporadique. Se pose la question de partitionner cette fonction sur ce type d'architecture, pour viser performance et efficacité énergétique Les défis à relever pour réaliser un tel système sont multiples : Une première difficulté est la réalisation de mécanismes de détection d'exemples qui sont en réalité de faux négatifs et d'autres qui correspondent à des classes nouvelles. Or, la détection de ces deux types d'exemples doit être exécutée sur la plateforme « Always-on », avec les contraintes d'implémentation associées. Une seconde difficulté concerne la phase de ré-apprentissage qui est exécutée sur la plateforme « On-demand ». Cette phase de ré-apprentissage doit prendre en compte la structure du modèle « Always-on » afin de le ré-entraîner avec de nouveaux exemples, ceci afin soit de faire lentement évoluer le contenu des classes apprises soit afin d'apprendre une nouvelle classe, mais sans oublier les anciennes. Le domaine applicatif visé par cette thèse étant nouveau, le ou la candidat.e devra être capable de garder une vision large sur le sujet et devra nécessairement adresser des domaines aussi variés que la compréhension d'un grand nombre de familles d'algorithmes d'apprentissage automatique et incrémental, la mise en ?uvre de différents algorithmes d'entraînement de modèles neuronaux et enfin les besoins matériels nécessaires à la réalisation de ces calculs dans un contexte embarqué.

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Interconnexion de composants électroniques ultra-minces dans un flex étirable pour application médicale

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

Ingénieur matériau, Microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0466

jcsouriau@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les développements des systèmes flexibles intégrant des composants silicium ultraminces et capteurs offrent de nouvelles perspectives d'application au monde médical. En effet, il est possible de fonctionnaliser des « patchs » portés par la personne et permettre ainsi le suivi de paramètres vitaux et/ou physiologiques comme la fréquence cardiaque, la pression artérielle, l'oxygénation du sang, la température corporelle etc... Un enjeu important est la robustesse de ces systèmes aux sollicitations mécaniques. Selon l'emplacement sur le corps humain, le « patch » devra supporter des étirements plus ou moins importants. Les interconnections électriques dans le flex avec les composants silicium qui eux sont non étirables seront alors fortement sollicitées. Le CEA-LETI a récemment développé un procédé générique sur « wafer » de fabrication de vignettes flexibles comportant des composants silicium amincis en dessous de 50µm. Toutefois, le matériau flexible choisi n'était pas étirable. Dans le cadre de cette thèse de nouveaux matériaux étirables, robustes et compatibles avec une intégration « wafer level » devront être identifiés. Un des objectifs sera aussi le développement d'une interconnexion étirable à base d'un élastomère biocompatible. Cette interconnexion devra être conductrice de manière localisée et suffisamment adhérente pour supporter le procédé de fabrication du patch et le maintien des puces tout au long de son utilisation. Le thésard s'appuiera sur les développements du CEA-Liten sur une interconnexion s'inspirant de la structure des pattes du gecko. Enfin, dans une optique de réutilisation des composants à haute valeur ajoutés et d'une amélioration de la recyclabilité du patch cette interconnexion devra également être repositionnable et réutilisable.

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Hydrogénation de Liquid Organic Hydrogen Carrier par réduction électrochimique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des technologies de valorisation des procédés et des matériaux pour les EnR

chimie/electrochimie

01-10-2021

SL-DRT-21-0471

vincent.faucheux@cea.fr

Solutions avancées pour l?hydrogène et les piles à combustible pour la transition énergétique (.pdf)

L'hydrogène est attendu comme le vecteur énergétique de demain du fait de la versatilité de ses moyens de production et d'utilisation. Néanmoins, son stockage reste aujourd'hui un défi technologique et scientifique majeur. Une alternative à la compression ou la liquéfaction de l'H2 - procédés énergivores et couteux - consiste à stocker et transporter l'hydrogène à pression atmosphérique et à température ambiante (via des infrastructures existantes) au moyen de molécules organiques liquides LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). Ces molécules peuvent subir des cycles réversibles d'hydrogénation/déshydrogénation en présence d'un catalyseur. Cette technologie permet donc d'acheminer l'hydrogène de son site de production (via l'électrolyse) vers son site d'utilisation grâce à l'utilisation de ces molécules liquides. Un frein au déploiement commercial de cette technologie réside dans l'efficacité énergétique de l'ensemble du processus et du coût des réacteurs d'hydrogénation/déshydrogénation. En effet, les réactions d'hydrogénation/déshydrogénation sont fortement exothermique/endothermique et nécessitent d'une part des températures relativement élevées et d'autre part des catalyseurs efficaces souvent à base de platinoïdes. Par ailleurs, l'étape d'hydrogénation nécessite au préalable de générer de l'H2 par électrolyse. La mise en place d'une hydrogénation directe de molécules LOHC à température et pression ambiante par électroréduction, permettrait de minimiser les besoins énergétiques liés à cette étape d'hydrogénation, et ouvrirait le champ d'application de cette technologie LOHC.

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Développement de procédés de gravure avancés pour la réalisation de nouvelles grilles CMOS

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

01-10-2021

SL-DRT-21-0472

aurelien.sarrazin@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Avec l'émergence des technologies quantiques, l'architecture des dispositifs telles que la zone active et la grille du transistor est considérablement modifiée. Ces nouvelles structures imbriquées imposent un contrôle de la gravure toujours plus important pour répondre aux enjeux des nouveaux dispositifs. Ainsi de nouveaux challenges vont devoir être relevés pour conserver des dimensions de motifs inférieures à 20 nm mais également à augmenter la sélectivité de gravure entre les matériaux. Pour cela, nous proposons d'avoir recours à des techniques de gravures dites par couche atomique (ALE en anglais). Grâce à ces techniques, nous devrons être capables d'augmenter la sélectivité et favoriser la conservation des motifs en dissociant les étapes dites de polymérisation et celles de gravure. La caractérisation et la compréhension des mécanismes seront la clé de l'évolution des travaux. Ainsi, vous aurez à votre disposition un réacteur plasma de dernière génération pour la gravure de ces dispositifs et profiterez des nombreux moyens de caractérisations des plateformes du LETI. Ces études rentreront dans le cadre du développement des projets autour du quantique sur lequel le LETI s'engage pour les prochaines années. L'enjeu et les moyens à disposition permettront des conditions favorables à ces travaux de thèse et devraient favoriser sa valorisation.

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