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Soutenance de thèse d’Abdramane BAH (équipe AeLoS)

Abdramane BAH, doctorant au sein de l’équipe AeLoS, soutiendra sa thèse intitulée « Interopérabilité et sécurité des systèmes » / « Interoperability and security of systems« .

jeudi 8 octobre 2020.

Jury :
– Directeur thèse : Christian Attiogbé
– Co-encadrant : Pascal André
– Rapporteurs : Florence Sedes, Professeure, Université de Toulouse III ; Philippe ANIORTE, Professeur, Université de Pau
– Autres membres : Jean-Paul BODEVEIX, Professeur, Université de Toulouse III ; Jacqueline KONATE, Maitre Assistant, Université des Sciences et des Techniques de Bamako

Resumé : Le contrôle d’accès des services partagés est une exigence essentielle pour une fédération de services de différents domaines. Dans cette thèse, nous nous sommes attaqués à deux problèmes de contrôle d’accès : l’autorisation des utilisateurs et la délégation de l’authentification des utilisateurs à leurs propres domaines. Pour répondre à ces problèmes, nous avons proposé une méthode d’autorisation des utilisateurs basée sur la technique de mapping d’attributs et un mécanisme de contrôle d’accès fédéré pour
mettre en oeuvre cette méthode d’autorisation. Nous avons proposé une méthode de fédération services pour déléguer l’authentification des utilisateurs à leurs propres domaines. Le principal objectif est de permettre à divers domaines de collaborer malgré l’hétérogénéité de leurs modèles de sécurité.

Mot-clés : Fédération de domaines, Sécurité d’accès aux services, SOA

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Abstract: Access control for shared services is an essential requirement for a federation of services from different domains. In this thesis, we tackled two access control problems : authorizing users and delegating user authentication to their own domains. To address these problems, we have proposed a method of authorizing users
based on the attribute mapping technique and a federated access control mechanism to implement this authorization method. We have proposed a service federation method to delegate user authentication to their domains. The main objective is to allow various domains to collaborate despite the heterogeneity of their security models

Keywords: Federation of domains, Access control, SOA

Soutenance de thèse d’Ilhem SLAMA (équipe SLP)

Ilhem SLAMA, doctorante au sein de l’équipe SLP, soutiendra sa thèse intitulée « Modélisation et optimisation du problème de planification de désassemblage dans un environnement incertain » / « Modeling and optimization of the disassembly planning problem under uncertainty »

vendredi 25 septembre 2020, dans l’amphi Georges Besse sur le site IMT-A.

Jury :
– Directeur thèse : Alexandre Dogui et Faouzi MASMOUDI Professeur, LA2MP, ENIS, Sfax
– Co-encadrant : Oussama BEN-AMMAR Maître-assistant associé, Mines Saint-Etienne
– Rapporteurs : Chu FENG Professeur, Université d’Evry – Olga BATTAIA Professeur, Business School de Bordeaux
– Autres membres : Abedlaziz DAMMAK Professeur, FSEG, Sfax – Malek MASMOUDI Maître de Conférences HDR, Université Jean-Monnet
– Invité : Lounes BENTAHA Maître de conférences, université de lumière, Lyon

Résumé : Pour tirer les intérêts économiques, notre projet de recherche propose de modéliser et d’optimiser le problème lié à la détermination du plan de démontage des produits en fin de vie tout en satisfaisant les demandes en composants sur un horizon de planification donné. Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la planification de désassemblage dans un contexte certain et incertain. Nous avons considéré principalement trois modélisations principales avec leurs approches de résolution : (i) une modélisation déterministe multi-période qui traite une nomenclature de produit multi-niveaux avec le partage des composant qui cherche à maximiser le profit total, (ii) une modélisation stochastique mono-période, avec une nomenclature de produit à deux niveau et un seul type de produit. Les délais de remise à neuf sont supposés stochastiques. Le modèle cherche à minimiser l’espérance mathématique des coûts de stockage et de rupture des composants et (iii) le troisième modèle est une extension de deuxième modèle qui
cherche à traiter un problème multi-période avec une restriction de capacité des ressources. La programmation mixte en nombre entier, la modélisation analytique, la programmation stochastique et l’agrégation par scénarios sont pro- posées pour résoudre les modèles proposés. Les performances des méthodes de résolution développées sont présentées en analysant les résultats d’optimisation sur un ensemble d’instances générées aléatoirement.

Mots-clés : Désassemblage, planification de désassemblage, délai de désassemblage incertain, programmation stochastique, modélisation analytique, agrégation par scénarios

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Abstract: Our research proposes to model and optimize the problem concerning the determination of the optimal disassembly plan for end-of-life products while satisfying the demands on components over a given planning horizon. The contributions presented in this manuscript focus on disassembly planning in a certain and uncertain context. We have considered three main models with their resolution approaches: (i) a deterministic multi-period modeling that deals with a multi-level product structure with a commonality of components that aims to maximize total profit. (ii) a single-period stochastic model with a two-level structure and a single end-of-life product type under random lead times. This model seeks to minimize the total expected cost, composed of inventory and backlog costs, and (iii) the third model is an extension of the second model which treats a multi-period problem with a resource capacity constraint. Mixed-integer programming, analytical modeling, stochastic programming, and scenario aggregation are proposed to solve the proposed models. The per- formances of the proposed resolution methods are presented by analyzing the optimization results on a set of randomly generated instances.

Keywords: disassembly, disassembly lot-sizing, random disassembly lead times, stochastic programming, analytical modeling, scenarios aggregation, simulation

Soutenance de thèse de Théo WINTERHALTER (équipe Gallinette)

Théo Winterhalter, doctorant au sein de l’équipe Gallinette, soutiendra sa thèse intitulée « Formalisation et Méta-Théorie de la Théorie des Types » / « Formalisation and Meta-Theory of Type Theory »

vendredi 18 septembre 2020 à 14h.

Jury :
– Directeur thèse : Nicolas Tabareau
– Co-encadrant : Mathieu Sozeau
– Rapporteurs : Andrej Bauer (U Ljubljana), Herman Geuvers (Raboud University, Nijmegen)
– Autres membres : Assia Mahboubi, Bas Spitters (Aarhus University), Andreas Abel (Goteborg University), Hugo Herbelin (U Paris Diderot), Gilles Dowek (ENS Paris Saclay)

Résumé : Dans cette thèse, je parle de la méta-théorie de la théorie des types et de la façon de la formaliser dans un assistant de preuve.
Je me concentre d’abord sur une traduction conservative de la théorie des types extensionnelle vers la théorie des types intensionnelle ou faible, entièrement écrite en Coq. La première traduction consiste en une suppression de la règle de reflection de l’égalité, tandis que la deuxième traduction produit quelque chose de plus fort : la théorie des types faibles est une théorie des types sans notion de conversion. Le résultat de conservativité implique que la conversion n’augmente pas la puissance logique de la théorie des
types.
Ensuite, je montre ma contribution au projet MetaCoq de formalisation et de spécification de Coq au sein de Coq. En particulier, j’ai travaillé sur l’implantation d’un vérificateur de type pour Coq, en Coq. Ce vérificateur de type est prouvé correct vis à vis de la spécification et peut être extrait en code OCaml et exécuté indépendamment du vérificateur de type du noyau de Coq. Pour que cela fonctionne, nous devons nous appuyer sur la métathéorie de Coq que nous développons, en partie, dans le projet MetaCoq. Cependant, en raison des théorèmes d’incomplétude de Gödel, nous ne pouvons pas prouver la cohérence de Coq dans Coq, ce qui signifie que certaines propriétés — principalement la forte normalisation — doivent être supposées, c’est-à-dire prises comme axiomes.

Mots-clés : théorie des types, formalisation, traduction de programme, vérification de type

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Abstract: In this thesis, I talk about the metatheoryof type theory and about how to formalise it in a proof assistant.
I first focus on a conservative translation between extensional type theory and either intensional or weak type theory, entierely written in Coq. The first translation consists in a removal of the reflection of equalityr rule, whereas the second translation produces something stronger: weak type theory is a type theory with no notion of conversion. The conservativity result implies that conversion doesn’t increase the logical power of type theories.
Then, I show my work for the Meta- Coq project of formalising and specifying Coq within Coq. In particular I worked on writing a type-checker for Coq, in Coq. This type checker is proven sound with respect to the specification and can be extracted to OCaml code and run independently of Coq’s kernel type-checker. For this to work we have to rely on the meta-theory of Coq which we develop, in part, in the MetaCoq project. However, because of Gödel’s incompleteness theorems, we cannot prove consistency of Coq within Coq, and this means that some properties— mainly strong normalisation—have to be assumed, i.e. taken as axioms.

Keywords: type theory, extensionality, program translation, type checking

Soutenance de thèse de Yang DENG (équipe Commande)

Yang Deng, doctorant au sein de l’équipe Commande, soutiendra sa thèse intitulée « Estimation du retard et commande prédictive des systèmes à retard avec une classe de retards divers » / « Delay estimation and predictor-based control of time-delay systems with a class of various delays »

mercredi 8 juillet à 10h30 en visioconférence sur Zoom (https://ec-nantes.zoom.us/j/96608195455) et se déroulera dans l’amphi du Bâtiment S de Centrale.

Jury :
– Jean-Pierre RICHARD, Professeur des université, Ecole Centrale de Lille
– Alexandre SEURET, Directeur de Recherche CNRS, LAAS Toulouse
– Pierdomenico PEPE, Professeur des universités, Université de L’Aquila, Italie
– Franck PLESTAN, Professeur des Universités, École Centrale de Nantes
– Emmanuel MOULAY, Chargé de Recherche CNRS-HdR, Université de Poitiers
– Vincent LECHAPPE, Maître de conférence, INSA Lyon

Résumé :
Le retard est un phénomène largement présent dans les systèmes de commande (i.e. retard physique, latence de communication, temps de calcul) et peut en dégrader les performances ou même les déstabiliser. Si le retard est faible, la stabilité en boucle fermée peut être garantie par des lois de commande conventionnelles mais ces techniques ne sont plus efficaces si le retard est long. Cette thèse est dédiée à la commande des systèmes à retard avec retards longs inconnus ou avec des retards incertains. Pour compenser les retards longs, la commande prédictive est adoptée et des techniques d’estimation de retard sont développées. Selon les différents types de systèmes et de retards, trois objectifs sont visés dans la thèse. Le premier objectif considère la commande des systèmes linéaires avec retards constants inconnus pour lesquels un nouvel estimateur de retard est proposé pour estimer les retards inconnus. Le retard estimé est ensuite utilisé dans la commande prédictive pour stabiliser le système. Le deuxième objectif se concentre sur la stabilisation pratique des systèmes commandés à distance avec des retards inconnus variants. Dans ce cas, les retards sont estimés de manière pratique : une boucle de communication spécifique est utilisée pour estimer le retard en temps fini puis le système est stabilisé par une commande prédictive. Les tests expérimentaux réalisés sur un réseau WiFi ont montré que l’algorithme permet d’estimer de manière robuste les retards variants. Le dernier objectif est consacré à la commande des systèmes commandés en réseau avec retards variants. La commande prédictive discrète est utilisée pour compenser les retards longs et variants et les réordonnancements de paquets dans le canal capteur-contrôleur sont également considérés. De plus, cette méthode est validée par l’asservissement visuel d’un pendule inverse commandé en réseau. Les performances obtenues sont meilleures que les méthodes de commande non-prédictives classique.

Mots-clés : Système à retard, retard long, estimation du retard, commande prédictive, système commandé en réseau

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Abstract: Time-delay is a widely-found phenomenon (i.e. physical dead time, communication latency, computation time) in real control systems, which can degrade the performances of the system or destabilize the system. If the time-delay is small, then the closed-loop stability can be guaranteed with conventional control techniques; but these techniques are no longer effective if the time-delay is long. This thesis is dedicated to the control of time-delay systems with unknown or uncertain long time-delays. In order to compensate long time-delays, the predictor-based control technique is adopted, and the delay estimation techniques are developed to assist the predictor-based controller. According to the different types of the systems and the time-delays, three objectives are analyzed in the thesis. The first objective considers the control of LTI systems with unknown constant delays, a new type of delay estimator is proposed to estimate the unknown time-delays, then it is plugged into a predictor-based controller to stabilize the system. The second objective focuses on the practical stabilization of remote control systems with unknown time-varying delays, at this time, the time-delays are estimated by a practical way: a specific communication loop is used to estimate the round-trip delay in finite time, and the system is stabilized with a predictor-based controller. This practical delay estimation algorithm is implemented on a real WiFi network, it can estimate the time-varying delays with good performances and robustness. The last objective is devoted to the control of networked control systems with time-varying delays, the discrete predictor-based control techniques are used to compensate long time-varying delays, and the packet reordering in the sensor-to-controller channel is also considered. Moreover, this control solution is validated on a networked visual servo inverted pendulum system, and the control performances are fairly better than the non-predictive control methods.

Keywords: Time-delay system, long delay, delay estimation, predictor-based control, networked control system.

Soutenance de thèse de Dimitri ANTAKLY (équipes DUKe / AeLoS)

Dimitri Antakly, doctorant au sein des équipes DUKe et AeLoS, soutiendra sa thèse intitulée « Apprentissage et Vérification Statistique pour la Sécurité » / « Machine Learning and Statistical Verification for Security »

jeudi 2 juillet 2020 à 10h, sur le site de la FST au bâtiment 34 et en visio.

Jury :
– Directeur thèse : Leray Philippe
– Co-encadrant : Delahaye Benoit
– Rapporteurs : Schiex Thomas (INRAE Toulouse), Tabia Karim (Université d’Artois)
– Autres membres : Rouveirol Céline (Université Paris 13), Bertrand Nathalie (Inria Rennes)

Résumé : Les principaux objectifs poursuivis au cours de cette thèse sont en premier lieu de pouvoir combiner les avantages de l’apprentissage graphique probabiliste de modèles et de la vérification formelle afin de pouvoir construire une nouvelle stratégie pour les évaluations de sécurité. D’autre part, il s’agit d’évaluer la sécurité d’un système réel donné. Par conséquent, nous proposons une approche où un « Recursive Timescale Graphical Event Model (RTGEM) » appris d’après un flux d’évènements est considéré comme représentatif du système sous-jacent. Ce modèle est ensuite utilisé pour vérifier une propriété de sécurité. Si la propriété n’est pas vérifiée, nous proposons une méthodologie de
recherche afin de trouver un autre modèle qui la vérifiera. Nous analysons et justifions les différentes techniques utilisées dans notre approche et nous adaptons une mesure de distance entre Graphical Event Models. La mesure de distance entre le modèle appris et le proximal secure model trouvé nous donne un aperçu d’à quel point notre système réel est loin de vérifier la propriété donnée. Dans un souci d’exhaustivité, nous proposons des séries d’expériences sur des données de synthèse nous permettant de fournir des preuves
expérimentales que nous pouvons atteindre les objectifs visés.

Mots-clés : Apprentissage de modèles, Vérification formelle, Statistical Model Checking, Recursive Timescale Graphical Event Models, Flux d’événements, Evaluation de sécurité.

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Abstract: The main objective of this thesis is to combine the advantages of probabilistic graphical model learning and formal verification in order to build a novel strategy for security assessments. The second objective is to assess the security of a given system by verifying whether it satisfies given properties and, if not, how far is it from satisfying them. We are interested in performing formal verification of this system based on event sequences collected from its execution. Consequently, we propose a model-based approach where a Recursive Timescale Graphical Event Model (RTGEM), learned from the event streams, is considered to be representative of the underlying system. This model is then used to check a security property. If the property is not verified, we propose a search methodology to find another close model that satisfies it. We discuss and justify the different techniques we use in our approach and we adapt a distance measure between Graphical Event Models. The distance measure between the learned « fittest » model and the found proximal secure model gives an insight on how far our real system is from verifying the given property. For the sake of completeness, we propose series of experiments on synthetic data allowing to provide experimental evidence that we can attain the goals.

Keywords: Model-based learning, Formal verification, Statistical Model Checking, Recursive Timescale Graphical Event Models (RTGEMs), Event streams, Security assessments.

Soutenance de thèse de Dorra RAHALI (équipe SLP)

Dorra Rahali, doctorante au sein de l’équipe SLP, soutiendra sa thèse intitulée « Surveillance statistique du temps et de l’amplitude entre événements » / « Monitoring of time between events and amplitude »

mercredi 24 juin 2020 à 9h30, en visio.

Jury :

  • Directeur thèse : CASTAGLIOLA Philippe, TALEB Hassen (U. Carthage)
  • Rapporteurs : BRIL-EL HAOUZI Hind (U. Lorraine), REBAI Ahmed (U Sfax)
  • Autres membres : TRAN Phuc (ENSAIT), KOOLI Imène (U. Sousse)

Résumé : Les techniques de surveillance statistique des procédés SPM sont principalement basées sur les cartes de contrôle qui constituent une étape importante dans la démarche qualité. Une nécessité de développement de techniques de surveillance de plus en plus avancées s’est fait sentir dans des domaines autres que l’industrie manufacturière classique. Cependant, peu de chercheurs se sont intéressés à proposer des méthodes dédiées pour la surveillance combinée du temps et de l’amplitude entre événements appelée TBEA. Jusqu’à présent les travaux effectués dans ce domaine se sont limitées à un nombre réduit de distributions et de statistiques à surveiller. Dans cette thèse, nous étudions la performance d’une carte de contrôle de type Shewhart pour la surveillance combinée du temps et de l’amplitude pour différents scénarios de distributions et de statistiques. Nous nous intéressons d’abord au cas où les variables temps T et amplitude X sont indépendantes. Ensuite nous étudions celui ou les variables sont dépendantes en utilisant des Copulas comme étant un outil pour modéliser la dépendance. Finalement nous nous intéresserons au cas où l’amplitude est un vecteur et non plus une variable. Les performances de chacune des cartes de contrôle proposées ont été évaluées par l’EATS. Une validation empirique des résultats a été élaborée pour des cas existants.

Mots-clés : Maîtrise statistique des procédés, Carte de contrôle, Temps entre événements, Amplitude, Fréquence

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Abstract: Statistical process monitoring (SPM) are mainly based on control charts which constitute an important step in the quality process. There is a need to develop monitoring techniques in manufacturing or non-manufacturing sectors. This leads to give an increasing importance to Time Between Events and Amplitude (TBEA) control charts. However, few researchers have been interested to propose methods to simultaneously monitor the time between an event E and its amplitude. Until now, the vast majority of contributions are limited to a reduced number of statistics and potential distributions. In this thesis we will investigate simple Shewhart type control charts for several statistics and many distributional scenarios. First we will study the case where we assume that the time T and the amplitude X are two mutually independent continuous random variables. Then we study the case where the variables are dependent using Copulas as a mechanism to model the dependence. Finally we discuss the case where the time between events T is an univariate random variable and the amplitude X is no longer an univariate random variable but a multivariate random vector. The performance of each control chart has been evaluated by EATS. An empirical validation of the results has been developed for real cases.

Keywords: Statistical Process Control, Control chart, Time between events, Amplitude, Frequency

Soutenance de thèse de Qiuyue LUO (équipe ReV)

Qiuyue Luo, doctorante au sein de l’équipe ReV, soutiendra sa thèse intitulée « Marche Bipède 3D Auto-Stabilisante » / « Self-stabilization of 3D walking of a biped robot »

jeudi 18 juin 2020 à 10h en visioconférence.

Jury :
– Rapporteurs : Olivier STASSE (Directeur de recherche, CNRS, LAAS, Toulouse), Andrea CHERUBINI (MC HDR, Associate Professor – LIRMM Université de Montpellier)
– Examinateurs: Jean Paul LAUMOND (Directeur de recherche CNRS émérite), Yannick AOUSTIN (Professeur Université de Nantes), Claude MOOG (Directeur de recherche CNRS)
– Directrice de thèse: Christine CHEVALLEREAU (Directrice de recherche CNRS)

Résumé : Les robots humanoïdes, bien adaptés pour évoluer dans le milieux humains, peuvent avec leurs bras et mains effectuer des tâches complexes. Ils peuvent être considérés comme l’un des robots ultimes. Cependant, la marche bipède reste un phénomène complexe qui n’a pas été entièrement compris.
La thèse est consacrée à trouver quelques caractéristiques physiques qui peuvent expliquer la stabilité de la marche périodique sur le sol horizontal. Dans la marche humaine, la démarche est généralement exprimée en fonction d’une variable de phase fondée sur l’état interne au lieu du temps. Les variables commandées (trajectoires du pied libre, oscillation verticale du centre de masse (CdM), mouvement du haut du corps, etc.) des robots ont une évolution désirée exprimée en fonction d’une variable de phase via l’utilisation de contraintes virtuelles et la durée des pas n’est pas explicitement imposée mais implicitement adaptée en présence de perturbations.
Dans la première partie, un modèle simplifié du robot: le modèle du pendule inversé linéaire (LIP) est utilisé pour étudier les stratégies de commande. L’influence du placement du pied libre sur le sol et les conditions de changement de jambe d’appui, en fonction du temps ou de l’état interne du robot sont étudiées. Il est montré que l’auto-synchronisation peut être obtenue lorsque la condition de transfert de la jambe d’appui est fondée sur une combinaison linéaire des positions du CdM le long des axes sagittal et frontal. De plus, l’auto-stabilisation peut être obtenue lorsque la vitesse du CdM dans le plan sagittal est prise en compte.
Afin d’analyser l’influence de l’oscillation verticale du CdM du robot sur la stabilité de marche, le modèle de pendule inversé de longueur variable (VLIP) est utilisé. Il est démontré que l’oscillation verticale du CdM, le placement du pied libre et le choix de la condition de transfert jouent un rôle crucial dans la stabilité.
Dans la dernière partie un nouveau modèle de marche, nommé le modèle essentiel est proposé. Il a la même dimension que le modèle 3D LIP mais il prend en compte la dynamique complète de l’humanoïde. Le modèle essentiel définit la dynamique de la position horizontale du CdM en fonction d’une trajectoire souhaitée du zéro moment point (ZMP). Les trajectoires de référence des variables commandées sont définies en fonction des états internes du robot et/ou d’informations externes, générant ainsi des modèles à des fins différentes. La stratégie de commande proposée pour les modèles LIP et VLIP est étendue à travers le modèle essentiel pour commander un modèle humanoïde complet.

Mots-clés : Humanoid and bipedal locomotion, passive walking, dynamic stability, hybrid systems, modeling


Abstract: Humanoid robot, which can walk by two legs and perform skillful tasks using both arms with hands, could be considered as one of the ultimate robots. However, bipedal walking remains a complex phenomenon that has not been fully understood.
The thesis is dedicated to find some physical insights that can explain the stability of periodic walking on horizontal floor. In human walking, the gait is usually expressed as a function of a phasing variable based on the internal state instead of time. The controlled variables (swing foot trajectories, vertical oscillation of center of mass (CoM), upper body motion, etc.) of the robots are based on a phasing variable via the use of virtual constraints and the step timing is not explicitly imposed but implicitly adapted under disturbances.
In the first part, a simplified model of the robot: the linear inverted pendulum (LIP) model is used to study control strategies. Landing positions of the swing foot, and conditions to switch the stance leg, based on time or on the internal state of the robot are studied. It is shown that self-synchronization can be obtained when the switching condition of the stance leg is based on a linear combination of the positions of the center of mass (CoM) along the sagittal and frontal axes. Moreover, self-stabilization can be obtained when the velocity of the CoM in the sagittal plane is taken into account
In order to analyze the influence of the vertical oscillation of the robot CoM on walking stability, the variable length inverted pendulum (VLIP) model is used. It is shown that the vertical CoM oscillation, the landing positions of the swing foot and the choice of the switching condition play a crucial role in stability.
In the last part, the essential model is proposed, which is a novel model for walking that has the same dimension as the 3D LIP model but considers the complete dynamics of the humanoid. The essential model defines the dynamics of the horizontal position of the CoM as a function of a desired trajectory of the ZMP. Reference trajectories of the controlled variables are defined based on the internal states of the robot and possible external information, thereby generating models for different purposes. The proposed control strategy for the LIP and VLIP models is extended through the essential model to control a complete humanoid model.

Keywords: Humanoid and bipedal locomotion, passive walking, dynamic stability, hybrid systems, modeling

 

Soutenance de thèse de Ramzi BEN MHENNI (équipe SIMS)

Ramzi Ben Mhenni, doctorant au sein de l’équipe SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Méthodes de programmation en nombres mixtes pour l’optimisation parcimonieuse en traitement du signal »
mercredi 13 mai 2020 à 14h en visio-conférence à l’ECN.

Jury :
– Directeur thèse : Bourguignon Sébastien
– Co-encadrant : Ninin Jordan (ENSTA Bretagne)
– Rapporteurs : Cafieri Sonia (Ecole nationale aviation civile), Kowalski Matthieu (Laboratoire des Signaux et Systèmes)
– Autres membres : Jutten Christian (Université Grenoble Alpes), Ralaivola Liva (Aix Marseille Université)

Soutenance de thèse de Sébastien LEVILLY (équipe SIMS)

Sébastien Levilly, doctorant au sein de l’équipe SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Quantification de biomarqueurs hémodynamiques en imagerie cardiovasculaire par résonance magnétique de flux 4D » / « Hemodynamic biomarkers quantification in cardiovascular imaging by 4D phase-contrast magnetic resonance »
mardi 12 mai 2020 à 14h à en visio-conférence à l’ECN.

Jury :
– Directeur thèse : Idier Jérôme
– Co-directeur : Paul-Guilloteaux Perrine (IRS UN)
– Rapporteurs : Heinrich Christian (Telecom Physique Strasbourg), Kachenoura Nadjia (UMPC)
– Autres membres : Sigovan Monica (INSA Lyon), Memin Etienne (Inria Rennes)
– Membre invité : Serfaty Jean-Michel (IRS UN)

Résumé :
En imagerie cardiovasculaire, un biomarqueur est une information quantitative permettant d’établir une corrélation avec la présence ou le développement d’une pathologie cardiovasculaire. Ces biomarqueurs sont généralement obtenus grâce à l’imagerie de l’anatomie et du flux sanguin. Récemment, la séquence d’acquisition d’IRM de flux 4D a ouvert la voie à la mesure du flux sanguin dans un volume 3D au cours du cycle cardiaque. Or, ce type d’acquisition résulte d’un compromis entre le rapport signal sur bruit, la résolution et le temps d’acquisition. Le temps d’acquisition est limité et par conséquent les données sont bruitées et sous-résolues. Dans ce contexte, la quantification de biomarqueurs est difficile. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la quantification de biomarqueurs et en particulier du cisaillement à la paroi. Deux stratégies ont été mises en œuvre pour atteindre cet objectif. Une première solution permettant le filtrage spatio-temporel du champ de vitesse a été proposée. Cette dernière a révélé l’importance de la paroi dans la modélisation d’un champ de vitesse. Une seconde approche, constituant la contribution majeure de cette thèse, s’est focalisée sur la conception d’un algorithme estimant le cisaillement à la paroi. L’algorithme, nommé PaLMA, s’appuie sur la modélisation locale de la paroi pour construire un modèle de vitesse autour d’un point d’intérêt. Le cisaillement est évalué à partir du modèle de la vitesse. Cet algorithme intègre une étape de régularisation a posteriori améliorant la quantification du cisaillement à la paroi. Par ailleurs, une approximation du filtre IRM est utilisée pour la première fois pour l’estimation du cisaillement. Enfin, cet algorithme a été évalué sur des données synthétiques, avec des écoulements complexes au sein de carotides, en fonction du niveau de bruit, de la résolution et de la segmentation. Il permet d’atteindre des performances supérieures à une méthode de référence dans le domaine, dans un contexte représentatif de la pratique clinique.

Mots-clés : cisaillement à la paroi, simulation numérique des fluides, IRM de flux 4D, carotide

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Abstract:
In cardiovascular imaging, a biomarker is quantitative information correlated with an existing or growing cardiovascular pathology. Biomarkers are generally obtained by anatomy and blood flow imaging. Recently, the 4D Flow MRI sequence opened new opportunities in measuring the blood flow within a 3D volume along the cardiac cycle. However, this sequence is a compromise between signal-to-noise ratio, resolution and acquisition time. Allocated time being limited, velocity measurements are noisy and low resolution. In that context, biomarkers’ quantification is challenging. This thesis’s purpose is to enhance biomarkers’ quantification and particularly for the wall shear stress (WSS). Two strategies have been investigated to reach that objective. A first solution allowing the spatiotemporal filtering of the velocity field has been proposed.
It revealed the importance of the wall for the velocity field modelization. A second approach, being the major contribution of this work, focused on the design of a WSS quantification algorithm. This algorithm, named PaLMA, is based on the local modelization of the wall to build a velocity model near a point of interest. The WSS is computed from the velocity model. This algorithm embeds an a posteriori regularization step to improve the WSS quantification. Besides, a blurring model of 4D Flow MRI is used for the first time in the WSS quantification context. Finally, this algorithm has been validated over synthetic datasets, with carotids’ complex flows, concerning the signal-to-noise ratio, the resolution, and the segmentation. The performances of PaLMA are superior to a reference solution in that domain, within a clinical routine context.

Keywords: wall shear stress, computational fluid dynamics, 4D Flow MRI, carotid

Soutenance de thèse de Saman LESSANIBAHRI (équipe RoMaS)

La soutenance de thèse de Saman Lessanibahri, doctorant au sein de l’équipe RoMaS, intitulée « Robots parallèles à câbles ayant un grand espace de travail en translation et en orientation » / « Cable-Driven Parallel Robots with Large Translation and Orientation Workspaces »

aura lieu mardi 12 mai 2020 à 14h (en visio).

Jury :

  • Directeur thèse : CARO Stéphane
  • Co-directeur : CARDOU Philippe (Université Laval, Quebec)
  • Rapporteurs : GOUTTEFARDE Marc (LIRMM), LARIBI Med Amine (Université de Poitiers)
  • Autres membres : GERMAIN Coralie  (Agro-campus Ouest), LAU Darwin (Université Chinoise de Hong-Kong)

Résumé : Les Robots Parallèles à Câbles (RPC) sont également considérés comme des manipulateurs parallèles avec des câbles flexibles au lieu de liens rigides. Un RPC se compose d’un châssis de base, d’une plateforme mobile et d’un jeu de câbles reliant en parallèle la plate-forme mobile au châssis de base. Les RPC sont réputés pour leurs performances avantageuses par rapport aux robots parallèles classiques en termes de grand espace de travail de translation, de reconfigurabilité, de grande capacité de charge utile et de performances dynamiques élevées. Ils ont attiré l’intérêt de l’industrie en raison de leurs avantages et de leurs capacités fondamentales.  Cependant, la plupart des RPC ne fournissentque des amplitudes de rotation limitées de laplate-forme mobile en raison des collisions entre les câbles et les pièces mobiles.
L’objectif de cette thèse est de concevoir, d’analyser et de construire des RPC hybrides pour élargir l’espace de travail d’orientation en plus de leur grand espace de translation en  exploitant les boucles de câbles. Ce travail de recherche présente le développement de RPC hybrides avec un espace de travail d’orientation considérablement augmenté qui combine les avantages d’un grand espace de travail de translation des RPC et de grandes amplitudes de rotation des poignets actifs.

Mots-clés : robot parallèle à câbles, robots hybrides, espace de travail, boucles de câbles, conception

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Abstract: Cable-Driven Parallel Robots (CDPRs) also noted as wire-driven robots are parallel manipulators with flexible cables instead  of rigid links. A CDPR consists of a base frame, a moving-platform and a set of cables connecting in parallel the moving-platform to the base frame. CDPRs are well-known for their advantageous performance over classical parallel robots in terms of large translation workspace, reconfigurability, large payload capacity and high dynamic performance. They have drawn interests towards industry thanks to their fundamental advantages and capabilities.  However, most of the CDPRs provide only limited amplitudes of rotation of the movingplatform due to collisions between the cables and the moving parts. The objective of this thesis is to design, analyze and build hybrid CDPRs to enlarge the orientation workspace in addition to their large translation workspace by exploiting cableloops. This research work presents development of hybrid CDPRs with drastically augmented orientation workspac which combine advantages of large translation workspace of CDPRs and large rotational amplitudes of active wrists.

Keywords: Cable-Driven Parallel Robots, Hybrid Robots, Workspace, Cable loops, Design

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