Etude et mise en œuvre d’une stratégie de perception bio-inspiré dans l’eau, application à la téléopération off-shore et à l’assistance opérateur
Depuis quelques années, le groupe Robotique Bio-inspiré de l’équipe Robotique de l’IRCCyN développe un mode de perception bio-inspiré des poissons électriques. Afin d’émuler ce sens électrique, des sondes résistives ont été utilisées à l’IRCCyN pour le pilotage d’un robot autonome sous-marin.
De son côté, au sein du Laboratoire de Robotique Interactive (LRI), le CEA LIST soutient depuis de nombreuses années une activité dans le domaine de la télérobotique à retour d’effort. L’opérateur manipule un bras esclave situé en milieu hostile via un bras maître situé en zone saine et un système informatique.
Le travail du candidat se déroulera au sein d’un projet CEA-IRCCyN se déroulant en parallèle d’un premier projet plus amont dont l’objet est de faire la preuve de concept de cette boucle électro-haptique sur un bras Cartésien transportant une sonde électrique de géométrie fixe et connue. Le post-doctorant aura à charge d’implémenter cette boucle sur un bras manipulateur "marinisé" de géométrie complexe. Pour cela, avec la co-assistance du CEA et de l’IRCCyN, il prendra en charge la préparation de ce bras et l’adaptation du capteur électrique (électrodes émettrices, réceptrice, électronique) à l’architecture considérée, ainsi que l’adaptation du contrôle/commande et de l’interface haptique à la base de la boucle électro-haptique. Outre les difficultés technologiques de cette adaptation, le candidat devra également étudier les différentes stratégies permettant d’exploiter le champ électrique sur un système multi-corps de géométrie variable.
Les validations expérimentales et la preuve de concept de ce nouveau système de téléopération off-shore seront réalisées sur des scénarii, à définir, représentatifs de l’application finale.
Développement d'une nouvelle génération d'adhésifs polymères réversibles
Les adhésifs polymères sont des systèmes généralement réticulés utilisés pour lier deux substrats durant toute la durée de vie d’un assemblage pouvant être multimatériau et ce pour de multiples applications. En fin de vie, la présence d’adhésifs rend difficile la séparation des matériaux ainsi que leur recyclage, du fait de la difficulté de détruire la réticulation de l’adhésif sans traitement chimique ou thermique agressif également pour les substrats liés.
Dans ce cadre, le CEA développe des adhésifs à recyclabilité augmentée, et ce via l’intégration de la recyclabilité dans les structures chimiques dès la synthèse des réseaux polymères. Une première approche consiste à intégrer à des réseaux polymères des liaisons dynamiques covalentes, échangeables sous stimulus généralement thermique (par exemple des vitrimères). Une seconde consiste à synthétiser des polymères dépolymérisables sous un stimulus spécifique (polymères auto-immolables) ayant la capacité de réticuler.
Dans ce contexte, le.a post-doctorant.e développera 2 réseaux utilisables en tant qu’adhésif à recyclabilité augmentée. Un premier réseau se basera sur une chimie dépolymérisable sous stimulus déjà développée sur des chaines linéaires de polymère, devant être transposée à un réseau. D’autre part, un second réseau vitrimère sera synthétisé sur la base de travaux précédents au CEA. L’activation de l’échange de liaisons dans ce réseau se fera via un catalyseur dit photolatent, activable par UV et permettant d’obtenir un adhésif à stimulus UV et thermique. Le choix, la synthèse de ces catalyseurs et leurs impacts sur l’adhésif seront l’objet de l’étude réalisée. Les catalyseurs obtenus pourront également être utilisés comme déclencheurs de la dépolymérisation du premier système dépolymérisable sous stimulus.
Champ électrique en calculs ab initio, application aux RRAM
Depuis plusieurs années, le LETI/DCOS a engagé un effort de simulation ab initio des phénomènes microscopiques à l’origine du fonctionnement des RRAM à base d’oxydes (HfO2, Ta2O5, Al2O3). La prise en compte d’un champ électrique appliqué au système MIM (Metal-Isolant-Métal) est aujourd’hui possible grâce à deux approches par séparation d’orbitales [1] ou par calcul en fonction de Green hors équilibre [2]. Nous proposons un travail de développement et de prise en main de ces méthodes en combinant plusieurs approches de simulation. Le but est d’étudier les mécanismes de dégradation d’un oxyde en suivant le mouvement des atomes oxygènes couplé au champ électrique. Ces mécanismes sont encore largement méconnus et viendront supporter les efforts d’optimisation et de caractérisation des cellules mémoires RRAM actuellement fabriquées et étudiées au LETI. Les outils de simulations visés sont Siesta pour la partie DFT, et TB_Sim pour la partie transport.
[1] S. Kasamatsu et al., « First principle calculation of charged capacitors under open-circuit using the orbital separation approach, PRB 92, 115124 (2015)
[2] M. Brandbyge et al., « Density functional method for nonequilibrium electron transport », PRB 65, 165401 (2002)
Analyse de la fiabilité des mémoires résistives (RRAM) pour application haute densité de stockage
Dans ce postdoc, nous proposons d’étudier les mémoires résistives (RRAM) en vue des applications de mémoire haute densité. Dans ce but, deux technologies (CBRAM et OXRAM) seront comparées et caractérisées.
L’impact des procédés d’intégration technologique sur les performances de la mémoire sera abordé. En particulier, nous évaluerons comment les étapes critiques d’intégration peuvent affecter le fonctionnement de la mémoire. Les architectures MESA (la RRAM est gravée) vs Damascène (la RRAM est déposée dans une cavité) seront comparées.
Après l’évaluation du fonctionnement de base de la mémoire (forming, SET, RESET, tensions requises...), un accent particulier sera porté sur la fiabilité. L’endurance sera étudiée en détail et optimisée. L’impact des conditions de programmation (y compris des systèmes de programmation intelligents) sur la fenêtre mémoire et le nombre de cycles en endurance sera analysé. Enfin, la variabilité sera adressée, afin de quantifier les différentes contributions à la fermeture de la fenêtre mémoire : variabilité cycle à cycle et cellule à cellule. Les problèmes de fiabilité spécifiques (bruit de lecture ...) seront également abordés. Des extrapolations sur la densité maximale qu’une technologie de RRAM donnée peut offrir seront tirées.
En se basant sur cette étude détaillée, une comparaison de toutes les technologies RRAM testées sera faite, permettant d’identifier les avantages et inconvénients de chaque option, et de mettre en évidence les compromis nécessaires (vitesse de la mémoire, l’endurance, tensions de fonctionnement, consommation ...).
Conception et mise en œuvre d’un réseau de neurones pour la simulation thermo-mécanique en fabrication additive
Le procédé WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) est une méthode de fabrication additive métallique permettant de fabriquer des pièces de grandes dimensions avec un taux de dépôt élevé. Cependant, ce procédé engendre des pièces fortement contraintes et déformées, rendant complexe la prédiction de leurs caractéristiques géométriques et mécaniques. La modélisation thermomécanique est essentielle pour prédire ces déformations, mais elle nécessite d'importantes ressources numériques et des temps de calcul élevés. Le projet NEUROWAAM vise à développer un modèle numérique thermomécanique précis et rapide en utilisant des réseaux de neurones pour prédire les phénomènes physiques du procédé WAAM. Un stage en 2025 fournira une base de données via des simulations thermomécaniques avec le logiciel CAST3M. L'objectif du post-doc est de développer une architecture de réseaux de neurones capable d'apprendre la relation entre la configuration de fabrication et les caractéristiques thermomécaniques des pièces. Des essais de fabrication sur la plateforme PRISMA du CEA seront réalisés pour valider le modèle et préparer une boucle de rétroaction. Le Laboratoire de Simulation Interactive du CEA List apportera son expertise en accélération de simulations par réseaux de neurones et en apprentissage actif pour réduire le temps d'entraînement.
Conception et réalisation d’un retour d’effort par sens électrique pour la téléopération de bras sous-marins et aériens
Depuis quelques années, le groupe Robotique Bio-inspirée de l’équipe Robotique de l’IRCCyN développe un mode de perception bio-inspiré de certains poissons des eaux douces tropicales: le sens électrique. De nature active, ce sens est basé sur la perception des distorsions par l’environnement d’un champ électrique produit par le poisson. Basé sur ce principe l’Irccyn a développé, dans le contexte d’un projet Européen nommé Angels, le premier robot autonome sous-marin apte à se déplacer grâce au sens électrique. Dans l’avenir, CEA TECH et l’Irccyn veulent étendre ce premier résultat dans de multiples directions et notamment dans le contexte de la télé-opération des bras manipulateurs sous-marins et aériens avec retour haptique émulé par le sens électrique. Intégré dans le groupe de Robotique Bio-inspiré de l’IRCCYN, le post-doctorant devra contribuer au développement du sens électrique et à son usage pour la téléopération sous-marine et aérienne. Il participera à la conception et au développement de nouveaux capteurs inspirés des poissons électriques et à leur usage pour la robotique sous-marine téléopérée. Les résultats de ses travaux serviront de base au démonstrateur industriel (système de téléopération off-shore) qui doit être développé dans le cadre du projet CEA TECH / IRCCYN Robotique Bio-inspirée.
Planification distribuée optimale de ressources énergétiques. Application aux réseaux de chaleur.
Les réseaux de chaleur en France alimentent plus d’un million de logements et délivrent une quantité de chaleur égale à environ 5% de la chaleur consommée par le secteur résidentiel et tertiaire. De ce fait, ils représentent un potentiel important pour l’introduction massive d’énergies renouvelables et de récupération. Cependant, les réseaux de chaleur sont des systèmes complexes qui doivent gérer un grand nombre de consommateurs et de producteurs d’énergie, répartis dans un environnement géographique étendu et fortement ramifié. Dans le cadre d’une collaboration entre le CEA-LIST et le CEA-LITEN, le projet STRATEGE vise à une gestion dynamique et optimisée des réseaux de chaleur. Nous proposons une approche pluridisciplinaire, qui intègre à la fois la gestion avancée du réseau par les Systèmes Multi-Agents (SMA) et la modélisation multi-physique simplifiée (hydraulique et thermique) du transport et de la valorisation de l’énergie calorifique sur Modelica.
Il s’agit de concevoir des mécanismes de planification et d’optimisation pour l’allocation de ressources de chaleur. Ces mécanismes devront intégrer les descriptions en provenance d’un Système d’Information Géographique et les prédictions de consommation, production et pertes en ligne calculées grâce aux modèles physiques simplifiés. On prendra ainsi en compte plusieurs caractéristiques du réseau : le caractère continu et dynamique de la ressource ; des sources avec des comportements, des capacités et des coûts de production différents ; la dépendance de la consommation/production à des aspects externes (météo, prix de l’énergie) ; les caractéristiques internes du réseau (pertes, capacité de stockage). Les algorithmes développés seront implémentés sur une plateforme de pilotage multi-agent existante et constitueront la brique principale d’un moteur d’aide à la décision pour la gestion des réseaux de chaleur qui devra fonctionner en environnement simulé et dans un deuxième temps en ligne sur un système réel.
Etude du refroidissement d’un système électronique compact
Les technologies 3D, qui consistent à empiler en verticale un ou plusieurs composants électroniques, constituent un axe de recherche mondial, tant au niveau architecturale qu’au niveau fabrication. La région grenobloise est au cœur de ces avancées technologiques grâce à des démonstrations de 1ere mondiale qui positionnent le Cea-Léti parmi les leaders dans ces technologies avancées.
L’un des points critiques de ces technologies innovantes est de contrôler la gestion de la thermique dans de tels composants 3D quelle que soit l’application finale visée. Les solutions classiques d’aujourd’hui comme l’ajout d’un ventilateur ne peuvent s’adapter à toutes les contraintes, et peuvent s’avérer d’une efficacité limitée. Les solutions technologiques intégrées sont donc aujourd’hui incontournables et sont envisagées à deux niveaux différents du composant; soit la thermique est gérée directement dans les puces en silicium qui constituent l’empilement en 3D, soit au niveau du packaging du composant ainsi échafaudé. Il peut aussi être envisagé de coupler les deux solutions.
L’objectif de cette étude constitue en 1er lieu à réaliser un état de l’art complet des technologies existantes en vue de les évaluer pour les composants développés au Leti. Cette évaluation reposera sur des simulations thermiques adaptées aux composants et une analyse critique complète basée sur les critères faisabilité technologique, efficacité attendue, consommation éventuelle, et coût aboutira à choisir la solution la plus pertinente.
La seconde partie du travail sera ainsi consacrée à la mise en œuvre de cette solution. En s’appuyant sur des experts de la technologie silicium et du packaging, le candidat aura pour mission de contribuer à la conception du composant (dimensionnement et réalisation) et à sa caractérisation.
Ce poste s’adresse à un chercheur ayant de solides connaissances dans les domaines de la thermique et des composants microélectroniques.
Etude des phénomènes physiques entrant en jeu dans le vieillissement des nanofils de silicium utilisées comme jauges de détection piézorésistives pour la réalisation de capteurs MEMS inertiels.
C’est grâce aux récents développements de la microélectronique que des nouvelles générations de capteurs alliant hautes performances, taille réduite et faible coût ont pu voir le jour. Dans ce contexte, le CEA-LETI a proposé un nouveau concept novateur appelé M&NEMS pour la réalisation de capteurs inertiels de type accéléromètres, magnétomètres et gyromètres. Le concept M&Nems combine les technologies MEMS et NEMS de manière à profiter de la grande force d’inertie générée par une masse MEMS et de la forte sensibilité de détection de jauges NEMS piézorésistives. Des démonstrateurs ont d’ores et déjà été réalisés et ont permis de démontrer l’intérêt du concept M&Nems, l’un des principaux challenges qui reste à relever concerne la fiabilité des capteurs reposant sur ce concept et en particulier des nano jauges piézorésistives. Le travail de recherche sera donc essentiellement focalisé sur l’étude des modes de défaillances de ces nano jauges piézorésistives avec identification des phénomènes physiques et mise en place de modèles de défaillance. Pour ce faire, un premier travail préliminaire pourra être axé sur la physique du composant avec une étude de la conduction électrique dans les nano jauges : piézorésistivité, piégeage de charges et relaxation, effet de champ… L’étude pourra se poursuivre ensuite par l’étude des modes de défaillances des nano jauges proprement dites, il s’agira concrètement d’être en mesure de comprendre et modéliser la physique de vieillissement de ces nano jauges. Pour ce faire, il sera possible de s’appuyer sur les connaissances acquises sur la physique de conduction des nano jauges mais aussi de jouer sur les paramètres physiques des nano jauges. Au final, les modèles de vieillissement mis en place devront permettre de proposer et valider des choix technologiques de manière à garantir la durée de vie des nano jauges en fonction des conditions d’utilisation des capteurs.
Analyse de l'endommagement sur chaîne des optiques de fin de chaine du laser Megajoule (LMJ)
Afin de préparer la montée en puissance du laser Megajoule (LMJ), des campagnes laser sont réalisées sur quelques quadruplet LMJ. Une première campagne s'est tenue en 2021, une seconde s'est tenue en novembre de cette année et d'autres suivront. Il s'agit pour chacune d'elle de tester de manière progressive la capacité du laser à atteindre les points visés grâce aux équipements de dernière génération disponibles et aux modèles physique numériques mis à jour, et dont on désire valider la bonne prédiction. Chaque campagne (une dizaine de tirs lasers) nécessite l'analyse d'une masse importante de données acquises par l'ensemble des diagnostics lasers et par une caméra permettant le suivi tir à tir des optiques de fin de chaine du laser. Ces données acquises sur chaîne sont complétées par des mesures base arrière avant et après campagne. L'objectif est à chaque fois de determiner la résistance sur chaîne des optiques et leur bonne adéquation avec les modèles. L'objectif du post-doctorat est de mener l'analyse d'endommagement sur chaine associée à ces campagnes et celles à venir.