Conception d'un système de transmission de puissance inductif haute fréquence à base de GaN, robuste au désalignement

Le laboratoire LAIC du Département Systèmes du CEA-LETI à Grenoble est spécialisé dans le développement de systèmes électroniques et mécatroniques innovants, avec une prise en compte des problématiques liées à la récupération / gestion / transmission de l’énergie et l’intégration de capteurs dans des environnements variés. Dans le cadre du développement de ses activités de R&D, le LAIC propose une thèse sur la transmission de puissance sans fil par couplage inductif résonant à base de GaN.

Les technologies de transmission de puissance sans fil sont en plein essor avec des applications dans les domaines du spatial, de l’électronique grand public, du médical, de l'automobile ou encore de la défense. La technologie de transmission de puissance par couplage inductif résonant semble la plus prometteuse en terme d’efficacité en champ proche.

Les travaux de thèse envisagés feront suite au développement au sein du laboratoire d’un système incluant un coupleur électromagnétique à couplage fixe et une première électronique HF basée sur une topologie classe E à base de transistor GaN. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de développer un système robuste au désalignement des bobines du coupleur. Il s’agira alors d’étudier, développer et tester les performances d’un nouveau coupleur et d’une électronique de pilotage adaptative. Le/la candidat(e) sera amené(e) à développer des modèles analytiques et numériques pour optimiser l’électronique, à comparer les performances des systèmes existants de la littérature, ainsi que proposer, développer et tester les performances de topologies innovantes à base de GaN assurant une bonne robustesse à une variation de couplage électromagnétique.

Un profil pluridisciplinaire orienté électronique de puissance et physique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques et de fortes compétences en simulation, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe, une aptitude à l’expérimentation et un attrait aux réalisations concrètes.

Actionnement électronique ultra-compact de micro-drones

La réduction de taille des systèmes électroniques pour micro-drones est cruciale pour alléger leur poids, prolonger leur autonomie et améliorer leur maniabilité. Ce projet de doctorat vise à étudier des solutions innovantes pour la gestion de l'énergie dans des circuits intégrés destinés à l'actionnement haute tension de micro-moteurs pour drones de très petite taille (pesant environ un gramme et mesurant quelques mm³). Le projet englobe la micromécanique, l'exploitation de nouvelles petites batteries développées par le CEA-Leti, et l'application de technologies microélectroniques avancées.
Grâce à une collaboration entre Gaël Pillonnet (CEA) et Patrick Mercier (University of California, San Diego - UCSD), vous bénéficierez d'un cadre de recherche à la pointe de la technologie, centré sur la conception de circuits intégrés, et plus spécifiquement sur les circuits de gestion de l'énergie (Power Management IC, PMIC). Ce travail offre une dimension applicative stimulante, avec l'intégration du circuit et des batteries dans un ensemble ultra-compact destiné à l'activation de micro-moteurs.
En intégrant notre équipe, vous contribuerez à l'avancement de technologies de pointe qui auront un impact significatif sur le secteur des micro-drones.

l'environnement applicatif
https://wyss.harvard.edu/technology/robobeesautonomous-flying-microrobots/

La technologie de micro-batterie
https://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Documents/d%C3%A9monstrateurs/Flyer_Tiny_num.pdf

les challenges liés au domaine PMIC

les circuits d'actionnement ultra-intégrés
https://dash.harvard.edu/handle/1/39987859

l'encadrant du stage coté CEA
https://scholar.google.com/citations?user=mGtZfX0AAAAJ&hl=e

l'équipe de recherche en Californie
http://efficiency.ucsd.edu/patrick-mercier/

Transmission de puissance et de données via un lien acoustique pour les milieux métalliques clos

Ce sujet de thèse se positionne sur les thématiques de transmission de puissance et de données à travers des parois métalliques en utilisant les ondes acoustiques. Cette technologie permettra à terme l’alimentation, la lecture et la commande de systèmes placés dans des zones enfermées dans du métal : réservoirs sous pression, coques de navires et sous-marins, …
Les ondes électromagnétiques étant absorbées par le métal, il est nécessaire de recourir aux ondes acoustiques pour communiquer des données ou de la puissance au travers de parois métalliques. Celles-ci sont générées par des transducteurs piézoélectriques collés de part et d’autre de la paroi. Les ondes acoustiques sont peu atténuées par le métal, ce qui se traduit par de nombreuses réflexions et des trajets multiples. Il est donc nécessaire de recourir à des techniques de communication multi-porteuses (par exemple OFDM), afin d’obtenir robustesse et débit important.
L'enjeu de la thèse sera de réaliser un démonstrateur de technologie, robuste, permettant la télé-alimentation et la communication de données acoustiques à travers des parois métalliques. Ces travaux s’appuieront sur une modélisation avancée du canal acoustique afin d’optimiser les performances du dispositif de transmission de puissance et de données. Il s’agira également de développer des briques électroniques innovantes permettant de déterminer et de maintenir une fréquence de transmission de puissance optimale, impactée par les conditions environnementales et typiquement par la température.
Le but ultime de cette thèse sera le développement et l'implémentation d'un système de communication OFDM embarqué dans un FPGA et/ou microcontrôleur afin d’envoyer des données capteurs à travers une paroi métallique d’épaisseur variable. Les limitations dues aux imperfections du canal et de l'électronique seront à l'origine de l'invention d'une grande quantité de méthodes et systèmes de compensation dans le domaine numérique et/ou analogique. Un travail devra également être réalisé sur le choix des transducteurs piézoélectriques et la caractérisation du canal, en lien avec les activités autour des ondes acoustiques du laboratoire travaillant sur la transmission de puissance acoustique.

Conception d’algorithmes d’optimisation de contrôle de faisceau RADAR

L’arrivée sur le marché d’une nouvelle génération de Radars appelés « Imaging Radars 4D » apporte de nouvelles opportunités et de nouveaux challenges pour le développement d’algorithmes de traitement des données. Ces nouveaux capteurs, tournés vers le marché du véhicule autonome, permettent une meilleure résolution grâce à un grand nombre d’antennes. Cependant, cela implique une augmentation de la quantité de données à traiter qui nécessite des ressources de calcul importantes.
L’objectif de cette thèse est de développer des algorithmes permettant d’optimiser la résolution du Radar tout en limitant les coûts calculatoires, afin d’embarquer le traitement au plus proche du Radar. Pour cela, des techniques permettant de contrôler la forme et la direction du faisceau Radar seront utilisées, de manière à concentrer l’énergie dans les régions jugées pertinentes. Un des enjeux est donc de réaliser une boucle de rétroaction performante permettant de contrôler les antennes Radar en fonction de la scène observée lors des mesures précédentes.
Cette thèse privilégiera une approche expérimentale grâce à l’utilisation d’un radar possédé par le laboratoire. Des outils de simulation seront également utilisés pour tester les hypothèses et dépasser les possibilités offertes par le matériel.

Navigation Magnétique Bio-inspirée

Le GPS est aujourd’hui largement utilisé pour la navigation terrestre, maritime et aérienne. Néanmoins, il présente plusieurs inconvénients : il nécessite une infrastructure très lourde (constellation de 24 satellites en orbite), il ne fonctionne pas en milieu « indoor » ou sous-marin et surtout il peut être brouillé. C’est pourquoi une navigation « magnétique », i.e. exploitant le champ magnétique terrestre, est intéressante car elle est totalement passive et fonctionne dans tous les milieux y compris sous-marin.
De nombreuses stratégies assez différentes existent pour naviguer à l’aide de ce géomagnétisme; une voie consiste à s’inspirer de la façon dont certains animaux (tels que rouge-gorge, barge à queue barrée, albatros, monarque, tortue de mer, saumon, …) exploitent le champ magnétique pour parcourir de très grandes distances (plusieurs milliers de km).
La thèse cherchera à répondre à la question de recherche suivante: est-ce qu’une approche bio-inspirée est pertinente pour mettre en œuvre une navigation magnétique ?

La thèse aura lieu au CEA Grenoble (http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Pages/recherche-appliquee/plateformes/plateforme-systemes-cyber-physiques.aspx ) au sein d'une équipe de chercheurs multidisciplinaires : physique, électronique, traitement du signal (http://scholar.google.com/citations?hl=en&user=u8w0UPkAAAAJ ) dont les travaux sont reconnus en instrumentation pour la géophysique et le spatial.

Profil ingénieur/master 2 en traitement du signal, électromagnétisme, physique : candidater auprès andrea.vassilev@cea.fr

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