recueil des démonstrations - laas · l’interaction, la communication. la robotique exploite...

1 Fête de la Science 2011 - LAAS-CNRS

Recueil des démonstrations

2 Fête de la Science 2011 - LAAS-CNRS Fête de la Science 2011 - LAAS-CNRS 3

Présentation du LAAS .............................................................................................. 3Les systèmes étudiés au LAAS ................................................................................ 5Plan du LAAS, lieux des démos ............................................................................... 6

Robotique Démo 01- Présentation des plateformes de robotique .........................................7

Le LAAS et l’opération «Les robots débarquent à Paul Sab» ..............................8

Adam, un robot pionnier de l’exploration planétaire / Exposition galerie de l’évolution des robots .......................................9

Pour les jeunes : BD ...........................................................................................29

Micro et nanotechnologiesDémo 02 - Introduction aux micro et nanotechnologies .....................................10

Démo 03 – Comment naissent les puces électroniques ? Fabrication de micro et nano composants dans la salle blanche de la Centrale de technologie ........................ 12

Démo 04 - Réseaux de capteurs sans fil pour l’aviation du futur ....................... 16

Commande 17

Démo 05 - Découvrir les bases de l’automatique en pilotant une maquette d’hélicoptère ..............................................................18

Démo 06 - Optimiser votre trajet ........................................................................19

Informatique critique et sûreté de fonctionnement 20

Démo 07 - Mise en réseau de simulateurs de conduite de véhicule ..................21

Démo 08 - Observation d’attaques de hackers avec la technique des pots de miel ...............................................................................22

Démo 09 - Auto-réorganisation spatiale d’agents mobiles répulsifs ...................23

Intelligence ambiante : Adream 24

Démo 10 - Système de localisation et de détection de chute pour personnes âgées ......................................................................25

Démo 11 - Technologie machine to machine et environnement ubiquitaire : salons de discussion et application de covoiturage ..........................26

Parcours jeunes .................................................................................................. 27

Sommaire

Le laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS) est l’un des plus importants laboratoires de recherche du CNRS (Centre natio-nal de la recherche scientifique). Associé à l’Université de Toulouse, il

abrite 650 personnes. Près de 20 équipes de recherche contribuent aux re-cherches en sciences et technologies de l’information, de la communication et

des systèmes dans quatre grands domaines:

• LesmicroetnanosystèmesLes travaux portent la modélisation, la conception et les technologies de micros et nano systèmes pour la transmission de l’information et la communication, pour la gestion l’énergie électrique, et pour la chimie et les sciences du vivant.

• L’automatique,l’optimisationetletraitementdusignal

Les systèmes aéronautiques et spatiaux, biotechnologiques, de télécommunication, ou de production y sont étudiés.

• LessystèmesinformatiquescritiquesLes systèmes informatiques résilients et sûrs de fonctionnement sont concernés, ainsi que les architectures et protocoles de communication, les réseaux à qualité de service, leur métrologie et la coopération multimédia.

• Larobotiqueetl’intelligenceartificielleLa robotique et l’intelligence des machines de cet axe de recherche développent des fonctions sensori-motrice, de perception, d’interprétation, d’apprentissage, de décision et d’action, ainsi que l’intégration de ces fonctions en des architectures cognitives.

Le LAAS développe deux axes transdisciplinaires: les interactions avec le vivant (biologie et santé, interaction des systèmes avec les humains) et l’intelligence ambiante (programme Adream).

Présentation du LAAS-CNRS

Fête de la Science 2011 - LAAS-CNRS 54 Fête de la Science 2011 - LAAS-CNRS

ApplicationsAéronautique, espace, transports, énergie, services, santé, télécommunications, environnement, agronomie, production et défense.

Des recherches High TechPour mener à bien ses recherches le LAAS dispose de moyens technologiques de qualité :

► La Centrale de technologie du réseau nationale RTB avec sa salle blanche de 1.500 m2 dédiée à la fabrication de micro et nano composants

► Une plate-forme de caractérisation pour tester ces composants

► Une plate-forme de conception assistée par ordinateur (CAO) pour concevoir les micro et nano systèmes

► Une plate-forme de robotique riche d’une dizaine de robots : humanoïde, robot assistant, robots d’extérieur terrestres et aériens, robots virtuels

► Une plate-forme de réseaux informatiques pour valider des architectures complexes, pour la métrologie, la modélisation et la sécurité

► Une plate-forme systèmes embarqués qui intègre logiciels, capteurs, actionneurs et modèles dynamiques.

Les différents métiers présents au LAASParmi les 650 personnes travaillant au LAAS :

• 200 sont chercheurs et enseignants-chercheurs (ils donnent des cours à l’Université de Toulouse),

• 275 préparent une thèse en 3 ans après avoir obtenu un Bac+5, c’est la 1ère étape de la carrière d’un chercheur,

• 45 sont post-doc : le titulaire d’une thèse occupe souvent des postes temporaires, fréquemment à l’étranger, avant d’être recruté, il est alors surnommé post-doc,

• 115 sont ingénieurs, techniciens et administratifs : ils assurent des fonctions de supports à la recherche (technique, informatique, gestion, personnel, documentation, communication...)

PartenariatLe LAAS est impliqué dans plusieurs pôles de compétitivité dont les 3 présents en région Midi-Pyrénées : Aerospace Valley, Cancer-Bio-Santé, Agrimip Innovation. Il fait partie du centre d’intégration NanoInnov de Toulouse ainsi que du réseau thématique de recherche avancée « Sciences et technologies de l’Aéronautique et de l’Espace ». Il anime un club d’entreprises de plus de 70 membres «le Club des Affiliés» et a inventé le concept de laboratoire commun l’associant à des entreprises.

Les systèmes étudiés au LAAS-CNRS

Systèmes informatiques critiquesLa sécurité, la fiabilité et des performances des réseaux de communication, satellites, systèmes de contrôle des trains ; la protection de la vie privée.

Micro et nano systèmes Comme les micro capteurs pour mesurer gaz, liquide ou radiations ; micro et nano composants pour les télécommunications, la puissance électrique ou destinés à la biologie et à la santé

Systèmes embarquéscomme l’électronique et les réseaux électriques et les logiciels « embarqués » dans une automobile, un avion, un satellite

Systèmes intégréscomme les capteurs, l’électronique de commande d’un moteur, ou dans un téléphone portable

Systèmes répartis à large échelle : Internet, les grands réseaux de communication...

Systèmes biologiquesmicro et nano systèmes destinés au vivant, machines bioinspirées...

Systèmes mobilestéléphone portable, PDA...

Systèmes robotiques et autonomesrobots d’intervention, robots aériens, robots de service, robots humanoïdes...

Systèmes informatiques critiquesla sécurité, la fiabilité et des performances des réseaux de communication, satellites, systèmes de contrôle des trains ; la protection de la vie privée.

Systèmes cyber-physiquesIntelligence ambiante, Internet des objets, objets communicants


Plan général et lieux des démos

Batiment

A

BD

E

CF G

Démo 3 - Salle blanchemicro & nano

Salle blancheBât. G, 1er ét.

Démo 4 - Capteurs avionSalle des antennes,

bât. A, sous-sol

Démo 5 - Hélicoptère

Salle E46Bât. E, 1er étage

Démo 6 - Trajet

Salle EuropeBât. , 1er étage

Démo 9 - Agents mobiles

Salle Vignemalle

Démo 7 - Simulateurs

conduiteSalle Berty

Bât. E, RDC (face édition)

Démo 8 - Pots de miel

Salle des réseauxBât. E, 1er ét.

Démo 1 - Robots

Salle de robotique G. Bauzil, Bât. B,

RDC

Démo 10 - Surveillance

chuteSalle de captureBât. G, 1er ét.

Démo 11 - M2M

Salle BertyBât. E, RDC (face édition)

Pour les jeunes :

Chimie et physique amusantes,

frise des dimensionsCafétéria

Bât. A, RDC

Entrée n°7av. du colonel Roche

Entrée n°5av. du colonel Roche

Accueil

Hall

Bât.Adream

Robotique - Démo 1

Un robot ? Cela évoque plus pour vous, un outil pour râper des carottes, un aspirateur

automatique, ou bien ces grands bras articulés qui bougent très vite dans nos usines afin d’assembler des voi-tures, ou ces véhicules martiens, qui permettent à l’être humain de voir les paysages martiens ou même r2d2 ou c3po pour la science-fiction…

Effectivement, l’aspirateur Roomba ou les véhicules Opportunity et Spirit intègrent des fonctions robotiques pour se déplacer sans se cogner à des obstacles et sans tomber dans un trou. Mais leurs capacités sont extrêmement limitées tant du point de vue de la perception, ce qu’on pourrait appeler leur «intelligence», pour interpréter les images ou les autres données sensorielles acquises sur l’environnement que pour décider leurs prochaines actions.

Les chercheurs en robotique du LAAS conçoivent, développent et mettent en oeuvre des robots pour effectuer des tâches déterminées en s’adaptant à leur environnement. En assistant à une démonstration de ces démonstrateurs, vous saurez un peu mieux ce que seront les robots de demain, des machines qui aideront l’être humain dans sa vie quotidienne à domicile ou sur son lieu de travail dans quelques années.

Un robot perçoit l’environnement avec ses capteurs, planifie ses actions, puis agit en contrôlant l’exécution de tous les mouvements avec d’autres capteurs.

Perception, décision et action, c’est la boucle que vous exécutez aussi pour réaliser une tâche quelconque !

Mais ce n’est pas tout : le robot partage d’autres comportements des organismes vivants. Un robot aujourd’hui est programmé pour un expert pour une tâche particulière : Roomba sait détecter un obstacle et se déplacer de manière aléatoire dans l’environnement … et c’est tout : il ne mémorise rien et n’est pas capable d’apprendre. Un des défis de la robotique, c’est l’apprentissage : le robot qui observe puis imite un tuteur, ou bien, qui essaie d’exécuter une tâche et améliore son comportement en analysant ses erreurs. Enfin un robot n’agit pas seul dans un monde statique : les robots de service que nous concevons aujourd’hui, exécuteront des tâches dans des lieux publics ou dans vos maisons. Ils devront coopérer ou se coordonner avec l’être humain, avec d’autres robots : c’est l’interaction, la communication.

La robotique exploite cette proximité avec le comportement des organismes vivants : on parle de robotique bio-inspirée, ou anthropomorphe quand le modèle à imiter est l’être humain. La robotique au LAAS, c’est plus de 80 chercheurs : une des équipes les plus importantes en France. En observant les démonstrateur Jido, Rackham, Dala, Mana ou encore le robot humanoïde HRP2, ils vous expliquerons leurs objectifs, loin des rêves ou des cauchemars qu’évoquent souvent le mot robot.

Démonstrateurs : Michel Devy, Daniel Sidobre

Démo 2 - Introduction

micro & nanoSalle FeynmanBât. G, 1er ét.


Opération «Les robos débarquent à Paul Sab»

Université Paul Sabatier - Salle du Cap- Théâtre Roboscopie avec PR2 - vendredi 14 oct. 18 h 30 spectacle 20 min suivi d’une table ronde- Danse avec HRP2 - samedi 15 oct. 18 h 30 spectacle 15 min suivi d’une table ronde

Université Paul Sabatier - Hall Bât. admin.Galerie de l’évolution des robotsvendredi 14 et samedi 15 oct. de 11 h à 18 h

Métro B Université Paul Sabatier

Métro B Faculté de pharmacie

Navette Tisséo- Arrêt Salle du Cap- Arrêt LAAS-CNRS

LAAS-CNRSPortes ouvertes - vendredi 14 oct. (scolaires) et samedi 15 oct. (grand public) de 10 h à 18 h

Adam, un robot pionnier de l’exploration planétaire - 1992Le LAAS-CNRS s’associe à la 3e

édition de la Novela, festival des savoirs partagés, et à l’opération nationale “Les robots débarquent à Paul Sab” associée à la Fête de la science organisée par Science animation.

Des équipes de chercheurs se sont associées à des artistes pour faire naitre des œuvres originales issues de leurs échanges. Deux soirées de spectacles associant le robot personnel PR2

(Roboscopie) et le robot humanoïde HRP2 (Danse avec HRP2) sont proposées.

Le hall de l’Université Paul Sabatier se transforment en « ménagerie » de robots avec l’exposition de la galerie de l’évolution des robots du LAAS-CNRS qui évoque 40 ans d’histoire de la robotique avec le soutien de la mission de sauvegarde du patrimoine scientifique et technique de l’Université de Toulouse.

Adam est l’acronyme d’Advanced Demonstrator for Autonomous Mobility. C’est le premier robot tout-terrain du LAAS.

Il a été à l’origine du projet EDEN (Expérimentations de déplacements en environnements naturels) autour duquel se sont focalisés près de 10 années de recherches sur la navigation autonome, principalement orientées vers la robotique d’exploration planétaire.

Conçu à Saint-Pétersbourg dans les années 70, initialement exploité comme engin de terrassement télécommandé, il a été acquis par la société Matra Marconi Space (aujourd’hui Astrium) et confié au LAAS-CNRS. L’un de ses cousins a notamment été exploité sur la centrale de Tchernobyl dans les jours qui ont suivi l’accident de 1986.

Il a servi aux études sur la perception et la modélisation de l’environnement, la planification de trajectoires sur des terrains accidentés et les stratégies de navigation. Jusqu’en 1995, il a été impliqué dans le projet Eureka I-ARES

(Illustrateur autonome de robotique d’exploration spatiale) coordonné par le CNES.

Ce robot robuste et initialement peu intelligent également destiné à des applications de sécurité civile, a été équipé d’instruments spécifiques qui l’ont doté d’une autonomie remarquable. Il a permis de nombreuses avancées scientifiques. Il est l’ancêtre de toute une branche de la robotique étudiée au LAAS-CNRS.

Remerciements pour la restauration du robot : Astrium, Novela, Fête de la science

Adam fait partie de l’exposition Galerie de l’évolution des robots.Il est à l’accueil du LAAS-CNRS tandis que les autres membres de la famille sont présentés à l’Université Paul Sabatier (hall bât. admin., voir accès ci-contre)vendredi 14 et samedi 15 oct. de 11 h à 18 h


• en adoptant une voie descendante (en anglais «top-down») : on part d’un matériau, on le «découpe» et on le «sculpte» pour réduire le plus possible les dimensions de l’objet ou du composant que l’on veut fabriquer. C’est la voie qu’a suivie l’électronique depuis 30 ans, provoquant une révolution technologique dont l’ordinateur est le résultat le plus remarquable. L’effort de miniaturisation a d’abord conduit à des composants de dimensions micrométrique et est maintenant descendu en dessous des 100 nm.

• en adoptant une voie ascendante (en anglais «bottom-up») : on assemble la matière atome par atome pour construire des molécules que l’on intègre ensuite dans des systèmes plus grands. Cette voie est similaire à celle suivie par la nature : à partir des molécules d’ammoniac, de dioxyde de carbone, d’eau et de sels minéraux, elle a formé durant 4 milliards d’années d’évolution le monde du vivant si riche et si complexe d’aujourd’hui.

D’après la brochure «A la découverte du Nano monde» éditée par le Ministère chargé de la recherche.

Comment fabriquer des nano composants ?NANO - Démo 2 : Introductionauxmicroetnano

Qu’est-ce que le nanomètre ? Le préfixe «nano» vient du grec et

signifie très petit. Les scientifiques l’utilisent comme préfixe dans les unités de mesure pour exprimer le milliardième de l’unité de base : le nanomètre est le milliardième de mètre, soit 0,000 000 001 mètre.

Il est d’usage de l’écrire en abrégé «nm». Un nanomètre, c’est environ :

• 500 000 fois plus fin que l’épaisseur du trait de stylo à bille ;

• 30 000 fois plus fin que l’épaisseur d’un cheveu ;

• 100 fois plus petit que la molécule d’ADN ;

• 4 atomes de silicium mis l’un à côté de l’autre.

Les dimensions du monde du vivant et celles des produits fabriqués par l’homme nous donnent une bonne idée de l’échelle du nano monde.

Démonstrateurs : Hubert Ranchon, Mathieu Palosse

Référent : Elena Bedel

Lieu : salle Moore, bât. G Jean Lagasse, 1er étage


Cette visite vous permettra de découvrir les différentes étapes et les équipements utilisés pour la fabrication des circuits intégrés encore appelés puces électroniques présentes dans de multiples appareils de la vie courante (voitures, ordinateurs, consoles de jeu vidéo, téléphones mobiles, etc.)

Après avoir enfilé la tenue réglementaire, vous allez parcourir les différentes zones de la salle blanche, un environnement strictement contrôlé (poussière, température, humidité, lumière) afin d’éviter toutes contaminations particulaire et lumineuse.

Fabriquer une puce électronique, c’est réaliser sur quelques centimètres carrés de surface et quelques microns d’épaisseur un assemblage d’une multitude de composants interconnectés ; simultanément, pour des centaines d’exemplaires identiques. A l’échelle d’une puce, un minuscule grain de poussière représente un rocher qui bouche les chemins dédiés à la circulation des électrons qui transmettent le signal donc l’information. C’est pour cela que la fabrication a lieu en « salle blanche ». L’air est constamment renouvelé et filtré. Il contient 100 000 à 1 million de fois

moins de poussières que l’air extérieur. Les opérateurs portent en permanence une combinaison qui les couvre presque des pieds à la tête, et retient les particules qu’ils génèrent naturellement.

C’est principalement sur des plaquettes de silicium que ces puces électroniques sont réalisées. Mais on travaille également sur d’autres matériaux comme les métaux, des polymères, du diamant, des matériaux qui émettent de la lumière, etc.

►Étapes préliminaires, avant la salle blanche• Fabrication des plaquettes de

silicium

NANO Démo 3 Commentnaissentlespucesélectroniques?

Fabricationdemicroetnanocomposantsdanslasalleblanche

Démonstrateurs : Pierre-François Calmon, Samuel Charlot, Véronique Conédéra, Monique Dilhan, Hugues Granier, Antoine Maiorano, Laurent Mazenq, Fabien Mesnilgrente, Bernard Rousset

Référent : Hugues Granier

Lieu : salle blanche, bât. G Jean Lagasse, 1er étage

Extrait du sable par réduction, le silicium est cristallisé sous forme de barreaux de 20 ou 30 cm de diamètre, ensuite sciés en tranches de moins d’un millimètre d’épaisseur qui sont polies jusqu’à obtenir des surfaces lisses à 0,5 nanomètre près. C’est sur cette tranche de silicium appelée substrat (ou wafer) que des centaines de puces sont fabriquées simultanément, grâce à la répétition ou la combinaison d’opérations élémentaires : traitement thermique, dépôts, photolithographie, gravure et dopage… Au total ce sont peuvent être plus de 200 opérations qui se succèdent pour aboutir à la naissance de la puce électronique. Cette étape est réalisée par des industriels spécialisés.• Fabrication des plaquettes de

matériaux par épitaxie

Une autre technique de croissance est utilisée pour des matériaux très spécifiques, l’épitaxie. L’épitaxie est une étape technologique consistant à faire croître du cristal sur du cristal. Étymologiquement, «épi» signifie «sur» et «taxis», «arrangement». La technique va donc consister à utiliser le substrat obtenu dans l’étape précédente comme germe cristallin de croissance et à faire croître la couche par un apport d’éléments constituant la nouvelle couche.

Il existe plusieurs techniques permettant d’obtenir cette épi couche, celle utilisé pour les wafer est l’épitaxie par jet moléculaire. Cette technique consiste à envoyer des ions à la surface d’un substrat dans un vide très poussé afin d’éviter tout choc ou contamination sur

le parcours. Le principe est l’évaporation sous vide par chauffage. Par le contrôle des cellules d’évaporation, on crée un jet de molécules en direction du substrat. On obtient ainsi une très grande précision de croissance, des jonctions très abruptes, mais cette opération est très lente. La vitesse de croissance est de l’ordre de 1 nano mètre par minute. Cette technique est donc très coûteuse et ne concerne que des dispositifs à très forte valeur ajoutée.

►Étape 1 – Fabrication des masques

Classiquement, la fabrication d’un circuit électronique utilise une série de masques, support en verre sur lequel sont réalisés des motifs opaques. Selon la complexité du circuit intégré, il peut y avoir jusqu’à une vingtaine de couches. Le masque de chaque couche est identique à un négatif photographique, il est obtenu en «taillant» au laser une couche de chrome déposée préalablement sur une plaque de quartz d’une extrême pureté. Chaque couche correspond à un schéma électronique

Ensuite le substrat enduit avec une résine sensible à des rayonnements est exposé (rayonnement ultra-violet, rayons X, électrons, selon les méthodes) à travers chacun de ces masques. Le puissant rayonnement dégrade le matériau, reproduisant le motif du masque, comme une véritable gravure. Cette technique, appelée lithographie, permet ainsi de dessiner en plusieurs étapes le circuit à réaliser.

Centrale de technologie : salle blanche


►Étape 2 – Photolithographie

Étape clé, elle consiste à reproduire dans une résine photosensible le dessin des circuits à réaliser. Cette résine est déposée sur le silicium. La lumière d’une source lumineuse de très faible longueur d’onde (UV ou inférieure) y projette l’image d’un masque. Avec cette technique nous atteignons des résolutions de l’ordre du micron ou inférieures au micron selon la nature de l’équipement utilisé.

►Étape 3 – Lithographie électronique

La technique est identique à la photolithographie mais le rayonnement optique est remplacé par un faisceau électronique et les résines photosensibles par des résines électro sensibles. Par cette technique nous pouvons atteindre des résolutions nano métriques

►Étape 4 – Croissance et dépôt de films minces

Dans des fours portés à très haute température nous injectons des gaz spécifiques. Par réactions chimiques entre les gaz et les substrats, réactions activées par la haute température, nous faisons croître de nouveaux matériaux tels l’oxyde ou le nitrure de silicium. Les équipements permettent également de « recuire » des matériaux déposés par ailleurs.

►Étape 5 – Électrochimie

Par cette technique nous faisons croître des couches épaisses (jusqu’à plusieurs dizaines de microns) d’or, de cuivre et d’alliages magnétiques.

►Étape 6 – Métallisation

Il s’agit du dépôt de couches fines (inférieures à 2 micro mètres) de

matériaux ultra purs. Ces dépôts se font dans des machines maintenues constamment sous vide. Le principe du dépôt repose sur la condensation sur le substrat d’un matériau préalablement évaporé. Réservé pendant longtemps au dépôt des métaux cette technique s’ouvre maintenant à de nouvelles applications (matériaux piezo électriques, polymères, etc.)

►Étape 7 – Gravures plasma et humide

A l’inverse du dépôt, la gravure enlève de la matière à la plaquette, toujours dans le but de réaliser un motif. Deux voies principales : la gravure dite «humide», qui utilise des réactifs liquides, et la gravure sèche (ou gravure plasma) qui emploie des réactifs gazeux.

►Étape 8 – Chimie

La zone de chimie permet des nettoyages de très haute pureté des plaquettes. Il est également possible de réaliser des opérations de gravure humide spécifiques ; ou de faires des traitements qui vont permettre l’adhérence des futurs matériaux qui vont être déposés.

►Étape 9 – Implantation ionique

Cette étape à pour but de charger électriquement des zones très localisées de matériau semi-conducteurs on parle de «dopage». Les ions de dopant sont implantées verticalement dans la surface du silicium par un faisceau d’ions de haute pureté accéléré par des tensions pouvant atteindre 200 000 Volts...

►Étape 10 – Assemblage

Après l’ensemble des opérations de création de couches actives, un substrat

comportant de nombreux circuits identiques doit être découpé. Ensuite chaque puce élémentaire sera montée sur un support (boîtier). Enfin, après soudure des liaisons composant - pattes de sortie, le composant sera encapsulé.

►Étape 11 – Caractérisation : inspection du wafer

Il s’agit d’une étape critique du processus global de fabrication du wafer.

En effet à chaque étape du processus de fabrication, il doit être inspecté minutieusement à l’aide de d’appareils particulièrement coûteux comme par exemple des microscope électronique à balayage.


NANO Démo 4Réseauxdecapteurssansfilpourl’aviationdufutur

Démonstrateurs : Thomas Beluch, Mariano Ercoli, Florian Perget

Référent : Daniela Dragomirescu

Lieu : Salle Antenne – SS12, bât. A, sous-sol

La surveillance de structure aéronautique par des réseaux de capteurs sans fil a de multiples avantages, comme optimiser la maintenance des aéronefs et réduire les couts, prévoir d’éventuelles pannes et améliorer la sécurité des vols. Cependant, l’utilisation de ces capteurs pose de nouveaux défis techniques. En effet, les communications sans fil demandent de nouvelles recherches sur des technologies haut-débit, haute fiabilité et permettant de faire communiquer de nombreux nœuds.

Nous avons travaillé sur cette problématique dans des projets de

recherche en collaboration avec des industriels du secteur aéronautique et espace (Airbus, EADS Innovation Works, Intespace…).

La démonstration proposée aujourd’hui résume en partie les résultats de ces recherches. Il s’agit ici de transférer des informations mesurées par les capteurs sans fils placés sur la structure de l’avion (ou du satellite) vers un routeur et ensuite un ordinateur situé dans la cabine. Les problématiques à résoudre se situent principalement au niveau de la quantité d’information à transmettre, ainsi que de la précision de la datation des mesures.

COMMANDE des systèmes

Les activités en commande des systèmes («Systems control» en anglais, «automatique» en fran-

çais) sont a l’origine du LAAS-CNRS à la fin des années 1960. D’une manière conceptuelle, il s’agit de modéliser un système dynamique, d’analyser ses pro-priétés et de les modifier si nécessaire. Une voiture que l’on conduit à l’aide des pédales d’accélérateur et de frein, que l’on guide avec le volant, est un exemple familier de système de contrôle. Les mécanismes de régulation hormonale chez l’homme ou l’animal, basés sur le concept de rétroaction ou boucle fer-mée, en sont un autre exemple. Récem-ment plusieurs dirigeants ont critiqué l’absence d’un système de régulation efficace des opérations financières in-ternationales, un ensemble de systèmes dynamiques interconnectés difficiles à modéliser et analyser globalement.

Au LAAS-CNRS, à la fin des années 1960, les activités en automatique concernaient à l’origine essentiellement les systèmes de régulation de circuit électrotechniques et électroniques dans la lignée des travaux pionniers menés a l’Institut d’électrotechnique de Toulouse dés le début du 20e siècle. Mais elles concernaient également les activités naissantes de l’industrie spatiale, à l’origine du campus scientifique de Lespinet à Rangueil. Les domaines d’application se sont ensuite diversifiés et étendus par exemple à l’aéronautique et à l’industrie automobile.

L’automatique est une science de l’ingénieur qui se caractérise par un formalisme mathématique rigoureux,

et le LAAS-CNRS est également reconnu pour ses activités de recherche fondamentale s’appuyant sur les mathématiques appliquées. A titre d’exemple on peut mentionner la tapisserie de Jean Dieuzaide ornant le vestibule de la direction, illustrant le comportement de systèmes dynamiques chaotiques étudiés au LAAS-CNRS dans les années 1970.

Aujourd’hui les activités en automatique s’orientent autour :

• du diagnostic, comme dans la détection de pannes et de défaillance dans les avions,

• du filtrage, ou comment supprimer le bruit affectant un signal,

• de la commande robuste, ou comment rendre un système insensible à des perturbations, par exemple la trajectoire atmosphérique du lanceur Ariane perturbée par le vent,

• de l’optimisation et de la commande optimale, par exemple comment faire voyager un véhicule électrique d’un endroit à l’autre en minimisant la consommation,

• de l’ordonnancement ou comment organiser au mieux les ressources, par exemple sur une chaîne de production.


COMMANDE Démo 5Découvrirlesbasesdel’automatiqueenpilotantunemaquetted’hélicoptère

Démonstrateurs : Mathieu Claeys, Dimitri Peaucelle

Référent : Dimitri Peaucelle

Lieu : salle E46, bât. E, 1er étage

L’automatique encore appelée théorie de la commande, est une science qui propose des outils théoriques et pratiques pour rendre autonomes des systèmes dynamiques. Ces systèmes peuvent être mécaniques, électroniques, biologiques etc. Les applications sont multiples dans tous les secteurs industriels complexes comme l’industrie aéronautique et spatial. Elles se rencontrent également dans l’environnement quotidien de chacun : robinet thermostatique de la douche, régulation de vitesse de voiture…

La démonstration illustrera cette théorie par une maquette mécanique à 3 degrés de liberté et actionnée par 2 hélices. La présentation souligne la notion de commande en boucle fermée, ses potentialités et sur les défis théoriques et industriels sous-jacents.

Une boucle fermée permet, dans un système de commande (généralement

une puce électronique dédiée), de mesurer la grandeur à réguler (on dit également «asservir») pour savoir quoi faire. Prenons l’exemple d’une voiture sans régulateur automatique de vitesse. Le conducteur représente le système de commande. La vitesse est la grandeur à réguler tandis que la mesure de la grandeur est effectuée par les yeux du conducteur via le compteur de vitesse. Le conducteur appuie plus ou moins sur la pédale d’accélérateur en fonction de ce qu’il voit (mesure) et de la vitesse à laquelle il souhaite aller (consigne). Lorsqu’il y a un régulateur de vitesse, la puce électronique «remplace» le cerveau et est alors capable d’effectuer l’ensemble de ces tâches. Le conducteur n’a plus qu’à donner la consigne de vitesse.

COMMANDE Démo 6Optimiservotretrajet

Démonstrateurs : Sandra U. Ngueveu

Référent : Thomas Lehaux

Lieu : salle Europe, bât. D, 1er étage

Avec la diversification des moyens de transport et la multiplicité des voies routières, choisir un itinéraire combiné avec un ou plusieurs moyens de transport devient parfois un casse-tête.

Les scientifiques se sont intéressés à ce problème à partir du 19e siècle. En particulier, c’est sur le problème du «voyageur de commerce» que se sont portées les premières recherches. Ce problème consiste à trouver le plus court chemin qui relie un ensemble de villes et à revenir à son point initial. Malgré les progrès des ordinateurs, ce problème

reste très difficile. Pour un ensemble de 15 villes, il y a environ 15 milliards de possibilités, les énumérer toutes prendrait environ une dizaine d’heure avec un ordinateur récent. Durant cette démonstration, nous illustrons la difficulté du problème par des jeux informatiques où nous tentons de résoudre quelques exemples. Nous présentons ensuite les variantes de ce problème sur lesquelles le LAAS travaille actuellement.


Informatique critique et sûreté de fonctionnement

De plus en plus d’applications critiques tout autour de nous et dans notre quotidien sont

contrôlées par des systèmes informa-tiques. Ils font voler nos avions, pilo-tent nos appareils médicaux, assurent la plupart de nos communications, ré-gissent nos informations les plus sen-sibles, ... et beaucoup plus encore.

Comment avoir confiance dans de tels systèmes ? Il est ainsi clair qu’il s’agit là de systèmes dont la défaillance peut avoir des conséquences dramatiques, allant de dommages matériels importants jusqu’à la mise en danger de la vie de personnes.

Les menaces sont multiples : défauts matériels, interférences physiques, bogues logicielles, malveillances,... De plus, la complexité de ces systèmes augmente au rythme des services qu’ils nous rendent. Parce que ces services doivent communiquer, les systèmes informatiques deviennent de plus en plus distribués (ils sont composés par la mise en réseaux de nombreux équipements et logiciels). Parce que les systèmes

doivent nous suivre au quotidien et s’adapter aux changements, ils doivent être dotés de fonctions évolutives, afin de prendre en compte nos besoins d’autonomie et de mobilité.

Plusieurs questions se posent alors, parmi lesquelles : Comment avoir confiance dans de tels systèmes ? Comment concevoir des systèmes capables de résister aux menaces identifiées et d’en anticiper de nouvelles formes ? Comment savoir si les personnes chargées de les concevoir ne se sont pas trompées ? Comment s’assurer qu’un système est sûr ?

Les chercheurs du LAAS abordent ces questions sous plusieurs angles. Les travaux menés se basent (et sont à l’origine) de nombreuses méthodes à la fois formelles et expérimentales liées à la modélisation, la conception, la vérification et l’évaluation de ces systèmes.

Vous en aurez un aperçu pratique par les démonstrations que nous vous proposons aujourd’hui.

INFORMATIQUE CRITIQUE Démo 7Miseenréseaudesimulateursdeconduitedevéhicule

(projetPlatSim)Démonstrateurs : Slim Abdellatif, Pascal Berthou, Amira Zammeli

Référent : Slim Abdellatif et Pascal Berthou

Lieu : salle Berty, bât. E, RDC

Cette démonstration illustre des activités de recherche et de transfert technologique menées par le LAAS-CNRS dans le cadre du projet PlatSim (plateforme de simulation distribuée). Ce projet est porté par la société ECA-Faros qui commercialise des simulateurs de véhicules (auto, moto, camion, etc.) pour la formation à la conduite individuelle, typiquement en auto école.

PlatSim adresse le problème de mise en réseau de simulateurs de véhicule pour la formation à la conduite en groupe. Ce marché prometteur

inclut des applications de formation à l’accompagnement de personnalités, de fourgons blindés ou de convois exceptionnels ainsi qu’à l’interception de contrevenants à haute vitesse. PlatSim vise à définir, concevoir et prototyper une plateforme support des applications de formation suscitées. En tant que partenaire, le LAAS-CNRS est en charge du système de communication de la plateforme dont le but est de supporter tous les échanges de données entre les éléments de plateforme (simulateurs) selon leurs exigences de performance.

Simulateur de véhicule. Scénario d’interception de véhicule.


INFORMATIQUE CRITIQUE Démo 8Observationd’attaquesdehackersaveclatechniquedes«potsdemiel»

Démonstrateurs : Eric Alata, Mohammed Kaâniche

Lieu : Salle informatique TSF, bât. A, RDC

Le réseau Internet est devenu un moyen de communication incontournable offrant une multitude de services à des utilisateurs en constante augmentation. Malheureusement, il est aussi de plus en plus la cible d’attaques régulières visant à exploiter les vulnérabilités des systèmes informatiques pour accéder frauduleusement à des informations, voire les détruire ou empêcher leur consultation. Afin de mieux se prémunir contre ces attaques, il est important d’observer le comportement des attaquants et d’analyser leurs façons d’opérer et les outils employés.

Les travaux que nous présetons ici font partie du projet CADHO (Collecte et analyse de données issue de honeypots) qui vise à déployer des «pots de miels» à travers le monde dans le but de collecter des informations sur les attaques sur l’internet. Un «pot de miel» est une machine intégrée dans un réseau utilisée comme leurre au sein d’une entreprise ou d’une université. La démonstration présente les moyens mis en oeuvre pour observer les hackers et quelques résultats issus des données collectées.

INFORMATIQUE CRITIQUE - Démo 9Systèmesmulti-agents:

auto-réorganisationspatialed’agentsmobilesrépulsifsDémonstrateur : Jean Fanchon

Référent : Jacques Collet, Jean Fanchon

Lieu : salle Vignemale, bât. A, RDC

On considère un grand ensemble d’agents exécutant chacun le même algorithme (programme) basé sur une connaissance du système limitée à leur voisinage de sensibilité (perception ou communication). Il s’agit de programmer ces agents de façon à ce que le comportement de l’ensemble des agents satisfasse des propriétés utilisables, comme par exemple des répartitions ou des mouvements spécifiques.

Nous étudions des algorithmes basés sur un principe d’attraction/répulsion. A un instant donné, la direction de chaque agent est calculée en fonction de la position relative de ses voisins, en particulier, leur distance et, éventuellement, leur catégorie.

Utilisés seuls ou avec d’autres composantes, ces algorithmes permettent l’émergence de propriétés globales du système .

Agrégation ou sépara-tion en zones selon la catégorie

Agrégation ou séparation en zones ordonnées (tri) selon la catégorie

Agrégation ou sépa-ration en couloirs sans collision

Cette propriété est utilisable pour un transport auto-organisé sans collision entre les bords ver-ticaux du terrain. Les verts se déplacent vers le bord droit où ils chargent un objet et deviennent rouges, puis vont vers le bord gauche où il se déchargent et deviennent verts.

Si un obstacle important sépare les deux zones, un sens giratoire de contournement peut appa-raitre, et il est stable sous certaines conditions.


Intelligence ambiante : Adream

Le 15 juin 2010, le LAAS a posé la première pierre du bâtiment du programme Adream (Architectures

dynamiques reconfigurables pour sys-tèmes embarqués autonomes mobiles). Unique en son genre, il va relever le défi des énergies renouvelables et de l’intel-ligence ambiante, ces objets communi-cants (véhicules, robots compagnons, vêtements…) qui parsèmeront notre environnement quotidien de demain.

Le programme Adream porte sur l’ensemble des aspects de conception et de développement des systèmes énergétiques et informatiques disséminés. Dans de tels systèmes, l’évolution de l’informatique est l’intégration du traitement de l’information dans les objets de notre quotidien où, après l’émergence de la mobilité, l’intelligence devient ambiante. Le développement de tels systèmes soulève de nombreux défis scientifiques et technologiques dans le domaine des

Sciences et technologies de l’information et de la communication.

Adream se propose d’anticiper cette évolution en se concentrant sur les approches systèmes avec la construction des micro-technologies ainsi que les approches logicielles nécessaires à la mise en réseau massive d’objets instrumentés et intelligents, mobiles, coopératifs et communicants par des technologies sans fil. Munis de capteurs et d’actionneurs, ces objets vont apparaître :

• dans les microsystèmes embarqués dans les avions, les trains…

• au sein des réseaux de tels véhicules dans un vaste système de transport,

• ou bien nichés dans des robots mobiles intelligents et communicants.

Dotés d’autonomie sur les plans énergétique, fonctionnel et décisionnel, ces composants et systèmes devront anticiper les risques de

fautes accidentelles ou de malveillances. Interopérables, ils pourront fonctionner avec d’autres objets et systèmes informatiques et s’adapteront à un large spectre d’environnements et de tâches, par exemple pour réduire la consommation d’énergie et pour l’assistance à la personne.

Intelligence ambiante - Démo 10Systèmedelocalisationetdedétectiondechute

pourpersonnesâgéesDémonstrateur : Eric Campo

Référent : Eric Campo

Lieu : salle de capture du mouvement, bât. G, 1er étage

Ce système permet de localiser une personne âgée et/ou dépendante dans son lieu de vie et de détecter tout signe de danger (situation anormale). Il est constitué d’un ensemble de capteurs infrarouges répartis dans l’environnement. Ces capteurs détectent les mouvements du corps, lors de déplacements par exemple, et envoient les données vers un ordinateur qui retranscrit sur un plan de l’habitation la position de la personne et qui donne une alerte (sonore et visuelle) lors d’une

non-activité prolongée (chute, malaise, immobilité suspecte). La démonstration présentera en situation réelle la façon dont opère le système. Le concept sur lequel se base l’analyse des données et le calcul des seuils de détection repose sur l’apprentissage des habitudes de vie de la personne suivie pendant une durée déterminée et sur la comparaison de ces habitudes à la situation courante. Le concept sera présenté au public de manière très simple et concrète.


Intelligence ambiante - Démo 11TechnologieM2Metenvironnementubiquitaire:

salonsdediscussionetapplicationdecovoiturage(projetUseNET)Démonstrateurs : Khalil Drira, Véronique BaudinRéférent : Véronique BaudinLieu : salle Berty, bât. E, RDC

Les communications entre machines sont exploitées depuis l’apparition des réseaux. Le développement des technologies de communication, des équipements intelligents alliés à l’informatique, a conduit à l’apparition de nouveaux usages et applications connues sous l’appellation «Machine à Machine» (M2M). L’un des objectifs de ces applications est d’offrir des services dans lesquels l’être humain est peu ou pas sollicité. Elles sont caractérisées par l’usage d’objets communicants fixes ou mobiles, et par l’utilisation de plates-formes de services dédiées, accessibles par des matériels et des usagers. Ces nouveaux usages peuvent concerner tous les secteurs d’activité tels que le transport, la santé, l’environnement, l’industrie, le divertissement, etc. Aujourd’hui, le monde de la communication structurée sur Internet (Web) utilise des PC de bureau et des portables, machines disposant de ressources toujours suffisantes pour ces applications. Ce mode de communication arrive maintenant sur des dispositifs à ressources limitées et contraintes tels que les Smart Phones (Android, e-phone, BlackBerry, …) avec différents types de connectivité gratuite (Wifi) ou payant (3G). Le défi technique

se situe à deux niveaux : 1) conception et réalisation de logiciels multi plate-forme ; 2) adaptabilité de ceux-ci par rapport aux différents matériels et au contexte de l’utilisateur. L’objectif du projet européen Use Net est de fournir un socle universel, générique et standardisé pour la mise en oeuvre d’une infrastructure de services M2M puis de l’expérimenter dans des scénarios novateurs, Il s’agit par exemple de faciliter les communications et l’échange d’informations multimédias dans les systèmes de transports publics: gestion et surveillance à distance d’une flotte de bus, collaboration entre les différents intervenants impliqués (techniciens, conducteurs, poste central, usagers des bus etc.). L’objectif de la démonstration est de présenter des exemples d’applications développées dans Use Net: service d’identification automatique ; messagerie instantanée pour constituer des salons de discussion; communication de groupes pour l’organisation de covoiturage

Parcours jeunes (6-12 ans... et plus)

LaphysiqueauLAASens’amusantDémonstrateurs : Amel Ali Slimane, Mohamed Ali Zouari, François Artis, Amélie Béduer, Hamza Boukabache, Imad Bourennane, Sébastien Cargou, Samuel Guillon, Said Houma-di, Abdelilah el Khadiri, Miguel Nuez Del Prado, Sven Salomon, Florent Seichepine,...

Référent : Hejer Makhoufi

Lieu : cantine et cafétéria, Bât. A, RDC,

Ce parcours propose quelques expériences simples pour comprendre les bases de la physique en optique, électricité, magnétisme, etc.

►Optique et imagerie• Quelques illusions d’optique• L’invisible visible : voir le petit avec

un microscope.

Introduction des techniques de microscopie qui sont utilisées en salle blanche.

►Extraction d’ADN

►Informatique et robotique, immersion virtuelle• Casting de présentateur météo

Démonstration basée sur le principe de l’incrustation vidéo utilisée dans la perception de l’environnement par les robots. Démonstration basée sur une partie d’un travail de thèse.

►ÉlectrostatiquePrésentation de l’électrostatique et de ses conséquences sur les circuits.

• Le bâton magique• La machine à éclairs

►Magnétisme : l’effet magnétique ou comment ne pas perdre le nord !

►Vide : atelier du vide ou comment faire beaucoup avec rien !

Principe du vide, effet sur la gravité, pression, etc. Introduction aux termes employés en salle blanche (Centrale de technologie).

►Ondes• Ondamania :

Introduction à la notion d’ondes, utile dans de nombreux domaines au LAAS (optique, micro-onde, etc.)

• «Chasse» à la marmottePrésentation de l’ARVA (appareil de recherche de victimes en avalanche : utilisation des ondes basses fréquences (457 kilo Hertz) à des fins de sauvetage et familiarisation avec la triangulation.

• Bienvenue sur radio patate !

Initié en 2009 par des doctorants du LAAS-CNRS, ce parcours animé par près de 25 doctorants comporte un espace dédié «La physique en s’amusant» (voir ci-dessous), ainsi que la présentation des robots (démo 1). Les chimistes du LAAS-CNRS vous propose également des démonstrations autour de «La chimie en s’amusant» en cette année internationale de la chimie.

Très bonne visite aux petits et aux grands.

28 Fête de la Science 2011 - LAAS-CNRS

Parcours jeunes (6-12 ans)LachimieauLAASens’amusant

Démonstrateurs : Fares Chouchane, Youssouf Guerfi, Sebeha Fettouha Zedek

Référent : Jean-Baptiste Doucet

Lieu : cantine et cafétéria, Bât. A, RDC,

•Du jus de choux rouge, un indicateur coloré pour détecter acides et bases

• Acides et dissolution d’un matériau (calcaire ou carbonate de calcium d’une craie) par réaction chimique

On met un morceau de craie et du vinaigre dans une petite bouteille en verre surmontée d’un ballon. Des bulles se dégagent et le ballon se gonfle. Pourquoi ? L’acide acétique contenu dans le vinaigre attaque le calcaire de la craie (carbonate de calcium), dont l’acide conjugué est le dioxyde de carbone qui est l’anhydride d’un acide plus faible que l’acide acétique. L’équilibre se déplace donc vers la formation du dioxyde de carbone et la craie passe en solution sous forme d’acétate de calcium qui est un sel soluble dans l’eau

• Comment sculpter la coquille d’un œuf grâce à la chimie?

Illustration sur un œuf de la gravure humide utilisée pour structurer les matériaux en micro-nano technologies. (niveau-10-15 ans ). Manip réalisée avec un œuf du vernis à ongle et du vinaigre. Explication : comme dans le cas de la craie, la coquille d’œuf est constituée de carbonate de calcium, celui-ci est dissous par le vinaigre la ou il n’est protégé par le vernis à ongle. En éliminant ensuite le vernis à ongle, on obtient un œuf gravé là où on l’a voulu. • Quand le verre ne veut plus être

mouillé (grâce à un traitement chimique) On plonge une lame de verre dans l’eau, elle ressort mou i l l ée . On met une goutte

d’eau sur la lame de verre, elle s’étale en le mouillant. On prend une lame de verre ayant subit un traitement chimique anti adhésif : et on la plonge dans l’eau, elle ressort sèche, on verse de l’eau sur cette lame de verre : elle forme des gouttes qui perlent sur la lame de verre sans la mouiller. On peut utiliser cette propriété en localisant le traitement chimique pour former des micros lentilles en polymère.

Con

cept

ion,

réal

isat

ion

: Ann

e M

auffr

et -

Impr

essi

on C

OR

EP

- LA

AS

-CN

RS

, oct

obre

201

1

LAAS-CNRSLaboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (UPR CNRS)

7 avenue du colonel Roche31077 Toulouse cedex 4

Tél. 05 61 33 69 35 - [email protected]

recueil des démonstrations - laas · l’interaction, la communication. la robotique exploite...

Documents