Méthodes de reconstruction avancées pour la cryo-tomographie électronique appliquée à des échantillons biologiques
La Cryo-tomographie électronique (CET) est une technique puissante pour l'analyse structurelle en 3D d'échantillons biologiques dans leur état quasi naturel. Au cours de la dernière décennie, CET a connu des avancées remarquables en matière d'instrumentation, mais la rétroprojection filtrée (FBP) reste la méthode de reconstruction standard pour CET. En raison des dommages causés par les radiations et de la plage d'inclinaison limitée du microscope, les reconstructions FBP souffrent d'un faible contraste et d'artefacts d'élongation, connus sous le nom d'artefacts de « missing wedge » (MW). Récemment, les approches itératives ont suscité un regain d'intérêt pour améliorer la qualité et donc l'interprétabilité des reconstructions CET.
Dans ce projet, nous proposons d'aller au-delà de l'état de l'art en matière de CET en (1) appliquant des algorithmes de compresse sensing (CS) basés sur les curvelets et les shearlets, et (2) en explorant des approches d'apprentissage profond (DL) dans le but de débruiter et corriger les artefacts liés au MW. Ces approches ont le potentiel d'améliorer la résolution des reconstructions TEC et donc de faciliter les tâches de segmentation.
Le candidat réalisera une étude comparative des algorithmes itératifs utilisés dans les sciences de la vie et des approches CS et DL optimisées dans ce projet pour les structures curvilignes et les contours.
Calibration automatique de boites quantiques assistée par réseaux de neurones et modèle physique
Les ordinateurs quantiques offrent de grandes promesses pour faire progresser la science, la technologie et la société en résolvant des problèmes au-delà des capacités des ordinateurs classiques. L'une des technologies de bits quantiques (qubits) les plus prometteuses est celle des qubits de spin, basés sur des boîtes quantiques (BQ) tirant parti de la grande maturité et de l'évolutivité des technologies des semi-conducteurs. Cependant, l'augmentation du nombre de qubits de spin nécessite de surmonter d'importants défis d'ingénierie, tels que la calibration de charge d'un très grand nombre de BQ. Le processus de calibration des BQ implique de multiples étapes complexes qui sont actuellement effectuées manuellement par les expérimentateurs, ce qui est long et fastidieux. Il est maintenant crucial de résoudre ce problème afin d'accélérer la R&D et de permettre la réalisation d’ordinateurs quantiques à grande échelle.
L'objectif de ce projet de post-doctorat est de développer un logiciel de calibration automatique de BQ combinant un réseau de neurones bayésien (BayNN) et un modèle physique reproduisant le comportement des dispositifs du CEA-Leti. Cette approche innovante tirant parti des estimations d'incertitude des BayNN et l’aspect prédictif du modèle permettra d’obtenir une solution de calibration automatique rapide et robuste aux non-idéalités des BQ.
Conception d'interfaces capteur reconfigurables à la volée basées sur des réseaux d'oscillateurs.
La production de capteurs faible coût et la montée en puissance de la 5G et de la future 6G sont responsables d’une explosion des applications des réseaux de capteurs sans fil. Il est indispensable de concevoir des circuits d’interfaces capteurs ultra-faible consommation afin d réduire l’impact énergétique de ces applications. Une solution vise à mettre l’intelligence artificielle au plus près du capteur afin de réduire les transmissions de données inutiles. Dans ce cadre-là, il y a un fort intérêt à développer des interfaces capteur reconfigurables afin de diminuer les coûts de développement d’une part et surtout de permettre une reconfiguration à la volée dans l’application en fonction de l’environnement afin d’aider à l’adaptation de l’algorithme d’IA embarqué, en fonction du contexte.
Le postdoc contribuera à la conception d’un circuit intégré CMOS intégrant une interface multi-capteurs, totalement reconfigurable en gain, bande passante et implémentant des convertisseurs analogique-numérique et/ou un réseau de neurone reconfigurables à la volée en terme de poids et connectivité. Pour cela le Post Doc s’appuiera sur les travaux du CEA-Leti qui a démontré la faisabilité d’un traitement du signal dans le domaine temporel à partir d’oscillateurs verrouillés par injection. Il travaillera à la fabrication et au test d’un prototype de réseau d’oscillateurs et démontrera les aspects ultra-faible consommation et de reconfigurabilté sur un exemple d’implémentation d’une application audio de reconnaissance de mots clefs ultra-faible consommation. Le poste est ouvert au sein du laboratoire LGECA du CEA-Leti, laboratoire dédié à la conception de circuits intégrés analogiques et mixtes pour les applications capteur.
Correction numérique de l’état de santé d’un réseau électrique
Les défauts de câbles sont généralement détectés lorsque la communication est interrompue, ce qui entraîne des coûts et des temps de réparation non négligeables. De plus, l’intégrité des données devient un enjeu majeur en raison des menaces d’attaques et d’intrusions accrues sur les réseaux électriques, qui peuvent perturber la communication. Pouvoir distinguer une perturbation due à la dégradation de la couche physique d’un réseau électrique ou à une attaque en cours sur le réseau énergétique, permettra de guider la prise de décision concernant les opérations de correction, notamment la reconfiguration du réseau et la maintenance prédictive, afin de garantir la résilience du réseau. Le sujet propose d’étudier la relation entre les défauts naissants sur les câbles et leur impact sur l’intégrité des données dans le cadre d’une communication par lignes électriques ou PLC (Power Line Communication). Les travaux se baseront sur le déploiement d’une instrumentation utilisant la réflectométrie électrique, combinant des capteurs distribués et des algorithmes d’IA pour le diagnostic en ligne des défauts naissants sur les réseaux électriques. En présence de certains défauts, des méthodes avancées d’IA seront appliquées afin de corriger numériquement l’état de santé de la couche physique du réseau électrique et garantir ainsi sa fiabilité.
Détection d’attaques dans l’infrastructure de contrôle distribué du réseau électrique
Afin de permettre l’émergence de réseaux d’énergie flexibles et résilients, il faut trouver des solutions aux défis auxquels ils font face. Dans le cadre de ce postdoc on s’intéresse en particulier à la numérisation et la protection des flux de données que cela entraînera, ainsi qu’aux problématiques de cybersécurité.
Dans le cadre du projet Tasting, et en collaboration avec RTE, l’opérateur français du réseau de transport de l’électricité, votre rôle sera de se pencher sur la protection des données de toutes les parties concernées. Le but est de vérifier des propriétés de sécurité sur les données dans des systèmes distribués, qui induisent un certain nombre d’incertitudes par construction.
Pour cela, vous élaborerez une méthodologie outillée pour la protection des données des acteurs du réseau électrique. L'approche sera basée sur les méthodes formelles de vérification à l'exécution appliquées à un système de contrôle distribué.
Cette offre de postdoc s'inscrit dans le cadre du projet TASTING qui vise à relever les principaux défis liés à la modernisation et à la sécurisation des systèmes électriques. Ce projet de 4 ans qui a commencé en 2023 adresse l’axe 3 de l'appel PEPR TASE "Solutions technologiques pour la numérisation des systèmes énergétiques intelligents", co-piloté par le CEA et le CNRS. Les défis scientifiques ciblés concernent l'infrastructure TIC, considérée comme un élément clé et un fournisseur de solutions pour les transformations profondes que nos infrastructures énergétiques subiront dans les décennies à venir.
Dans ce projet sont impliqués deux organismes nationaux de recherche, INRIA et le CEA au travers de son institut de recherche technologique de la direction de la recherche technologique CEA-List. Sont également impliqués 7 laboratoires académiques : le G2Elab, le GeePs, l’IRIT, le L2EP, le L2S et le SATIE, ainsi qu’un partenaire industriel, RTE, qui fournit différents use cases.
Conception et test d’un système de neuromodulation basé sur des ultrasons focalisés
Au cours de nos premières années d’activité, nous avons concentré notre intérêt sur les interfaces cerveau-ordinateur pour faire face au handicap moteur et proposons aux patients atteints de lésions de la moelle épinière des dispositifs de substitution motrice[1], [2], [3]. En parallèle, plusieurs groupes du CEA ont étudié les avantages de l’échographie pour l’imagerie médicale[4], le diagnostic ou développé des sources d’ultrasons miniaturisées (CMUT/PMUT). Le post-doctorat est financé dans le cadre d’un projet LETI-Carnot sur cette thématique innovante. Le projet vise à (1) construire un banc d’essai pour valider la compatibilité de la neuromodulation par ultrasons avec des dispositifs d’enregistrement neuronal (2) optimiser la conception pour une résolution fine et une faible puissance (3) spécifier un système combinant la neuromodulation par ultrasons focalisés et l’enregistrement électrophysiologique.
Le post-doctorant, avec l’aide d’une équipe d’experts dans les domaines des ultrasons et des systèmes biomédicaux, sera en charge de la modélisation de la propagation des ondes acoustiques, des tests de compatibilité avec le système d’enregistrement, de la conception du système et de la validation expérimentale de la résolution ou de l’efficacité. Les concepts sous-jacents au projet pourraient à l’avenir être applicables à de nouveaux dispositifs implantables ou portables combinant les ultrasons focalisés pour la neuromodulation et l’enregistrement neuronal.
Développement d'une méthode innovante d’imagerie ultrasonore des champs de vitesse dans les écoulements derrières parois opaques
Aujourd’hui, les seules solutions sur le marché permettant de faire des mesures de champs 2D de vitesse sont des méthodes optiques basées sur des Lasers (telle que la vélocimétrie par imagerie de particules : PIV).
Celles-ci sont limitées par la nécessité d'un accès optique à l'écoulement et sont donc inapplicable sur les fluides opaques (tels que les métaux liquides) ou à travers les conduites opaques (telles que les conduites métalliques, majoritaires dans l’industrie).
Pour contourner cette limite et répondre à de nouveaux enjeux (en recherche et industrie) il est possible de se reposer sur des méthodes d’imagerie acoustiques.
Le LISM (Laboratoire d’Instrumentation du CEA Cadarache) travaille depuis quelques années au développement d’une méthode industrielle de PIV acoustique (ou écho-PIV).
Une première thèse a permis des avancées notables et le CEA envisage aujourd’hui la commercialisation d’échographes d’écho-PIV à travers un projet de start-up.
Cependant, certains verrous restent à lever et en particulier celui de l’imagerie à travers des parois à fortes rupture d’impédance acoustique.
Votre objectif principal sera de lever ces verrous. Cette mission s’articulera de la façon suivante :
- Etude bibliographique et prise en main de la méthode d’écho-PIV
- Étude numérique et développement d’une solution permettant de résoudre les problématiques de transmission d’énergie à travers la paroi métallique
- Validation expérimentale de détection de réflecteurs microscopiques à travers une paroi métallique
- Étude numérique et développement d’une solution au problème de réflexion multiple au sein de la paroi métallique, entrainant une mauvaise reconstruction de l’image finale
- Validation expérimentale de la solution aux problématiques de réflexions
- Adaptation de la méthode d’imagerie acoustique afin de résoudre en simultanée les problématiques de transmission et de réflexion
- Publication dans des revues scientifiques (et/ou brevets)
Caractérisation de phénomènes transitoires rapides par imagerie à rayons X en contraste de phase
Ce post-doctorat vise à développer une chaîne de mesure pour observer et caractériser des Phénomènes Transitoires Rapides (PTR) par Imagerie à Rayons X (IRX) en contraste de phase. Le but est de créer un système de mesure utilisable en laboratoire pour des expériences impossibles à déplacer au synchrotron, répondant à des besoins de l’ONERA et du CEA en fabrication additive, propagation d’ondes de choc et diagnostic de matériaux composites. Pour les objets à faible absorption comme les polymères peu denses, l’IRX conventionnelle est insuffisante. La phase du rayonnement X, mesurée par interférométrie à décalage multilatéral (IDML), permet de mieux détecter les inhomogénéités. Le candidat dimensionnera le système imageur, établira une méthodologie statique pour l’optimiser en dynamique, visant une cadence > 1 kHz, un temps d’exposition de l’ordre de la µs, et une résolution spatiale entre 30 et 300 µm. Il explorera la détection indirecte via un scintillateur ou directe avec des semi-conducteurs, utilisant le banc d’imagerie et les codes de simulation du CEA. Il démontrera l’imagerie dynamique de PTR et étudiera l'extension aux très hautes cadences (>100 kHz) et au « flash nanoseconde » monocoup.
Résonateurs optomécaniques en régime chaotique pour la cryptographie dans les datacoms optiques
L’objectif du post doc est d’explorer l’utilisation de résonateurs optomécaniques placés en régime chaotique pour sécuriser des communications optiques. Il s'inscrit dans une action d'amorçage du programme recherche à risque du CEA sélectionnée en juillet 2024. Un point clef concerne l’obtention d’un régime fortement non-linéaire, favorisé par des géométries spécifiques, nécessaire à la richesse du chaos. L’exploitation des propriétés uniques du chaos pour le transfert de données sécurisé sera explorée par le post doctorant au sein d’un groupe de travail.
Avec l’avènement de l’ordinateur quantique, les techniques actuelles sécurisant l’échange d’informations deviennent en grande partie compromises, nécessitant le développement de techniques de cryptographie post-quantique. Au-delà des approches logicielles, de nouveaux concepts matériels ont vu le jour, tels que la cryptographie chaotique. Dans ce contexte, il devient indispensable de développer des sources de chaos qui soient de haute qualité (richesse de l’espace des paramètres), compatibles avec les systèmes de communication existants et compactes. Alors que les lasers sont une source connue de chaos, les systèmes optomécaniques paraissent spécialement adaptés à cette application car le domaine mécanique apporte un espace de paramètres enrichi, tout en conservant un débit de données élevé et une connexion directe avec les systèmes de communications optiques. Le post doctorant explorera la pertinence de dispositifs optomécaniques chaotiques pour implémenter une cryptographie matérielle.
Étude des spécificités des architectures très distribuées pour les besoins de décision et de contrôle
Nos infrastructures électriques ont connu et connaîtront encore de profondes mutations dans les prochaines décennies.
La croissance rapide de la part des énergies renouvelables dans la production d'électricité nécessite de trouver des solutions pour sécuriser les systèmes énergétiques notamment en ce qui concerne les aspects de variabilité, de stabilité et d'équilibrage du système électrique et de protection de l'infrastructure du réseau elle-même.
L'objet de cette étude est d'aider à concevoir de nouvelles méthodes de décision, spécialement adaptées aux architectures de contrôle hautement distribuées pour les réseaux d'énergie. Ces nouvelles méthodes devront être évaluées en terme de performance, de résilience, de robustesse et éprouvées en présence de différents aléas et même de byzantins.