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H 2 S Sensing with SnO 2 ‐Based Gas Sensors: Sulfur Poisoning Mechanism Revealed by Operando DRIFTS and DFT Calculations
No full textInternational audienceAbstract Real‐time detection of toxic and flammable H 2 S remains challenging for cost‐effective semiconducting metal oxide (SMOX) sensors due to the insufficient focus on and inherently poor understanding of the sulfur‐poisoning effect. This research, focusing on SnO 2 as a model for SMOX sensors, identifies the formation of sticky sulfite and sulfate surface species as the root cause of poisoning through the detailed analyses of results obtained from operando diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) experiments and density functional theory (DFT) calculations. The formation of the poisoning species is highly energetically favorable. Meanwhile, the decomposition of sulfite and sulfate appears unfavorable at the typical operating temperature of 300 °C and is only feasible around the literature‐reported 500 °C. The sulfur poisoning effect is also likely to occur with SO 2 and other sulfur‐containing volatile organic compounds (VOCs). Overcoming this issue is expected to require surface additives and/or alternative SMOX materials capable of providing different reaction pathways. The significance of metal‐sulfur‐oxygen chemistry extends beyond SMOX gas sensors to desulfurization catalysts, denitration catalysts, and solid oxide fuel cells
Skill-Based Architectures in Autonomous Systems: an Empirical Study
No full textInternational audienceThe deployment of complex autonomous systems in open environments requires robust, modular, and verifiable software architectures. Skillset models, which encapsulate robot capabilities into modular Skills, address these challenges. In such architectures, the Skill-based layer translates high-level plans into executable actions. Using a Domain-Specific Language (DSL) for Skillset modeling enables formal verification and reliable code generation.This paper presents an empirical study of recent Skillbased architectures using the ONERA Robot Skill Toolchain, highlighting best practices, common pitfalls, and guidelines for future developments.Our results confirm that Skill-based architectures improve adaptivity, complexity management, and robustness in autonomous systems. However, ensuring dependable autonomy still requires formal development frameworks and better failure-handling tools
Robustly stabilizing min-type control for a multi-input DC-DC converter with output load estimation
No full textInternational audienceWe propose a robustly stabilizing min-type control scheme for a Multi-Input Converter (MIC) using a Nonlinear Disturbance Observer (NDO) for the load current estimation. The closed-loop system ensures an output voltage regulation and eliminates the requirement of knowing the current load, thus mitigating the impact of current fluctuations, without relying on typically inaccessible or impractical measurements. Robust asymptotic stability is guaranteed by Lyapunov theory. The main result is validated by simulations and experiments
Rapport de conjoncture 2024 Section 08 Micro- et nanotechnologies, micro- et nanosystèmes, photonique, électronique, électromagnétisme, énergie électrique
No full textInternational audienceLa Section 08 du CNRS rassemble 368 chercheurs, soit la 5e section la plus nombreuse. Ses thématiques couvrent l’ingénierie dans des domaines à fort impact sociétal comme l’énergie électrique, les communications et la santé. La période récente a été marquée par une plus forte prise en compte des enjeux environnementaux, l’essor des technologies quantiques, en particulier pour le calcul à basse consommation d’énergie et le recours aux outils de l’intelligence artificielle.Les réseaux électriques évoluent vers des modèles décentralisés et intelligents (smartgrids), intégrant des sources d’énergie renouvelable distribuées, ainsi que vers le développement de réseaux à haute tension continue. Cette transformation s’appuie sur la digitalisation, l’intelligence artificielle (IA) et l’utilisation de technologies innovantes comme en électronique de puissance, notamment avec les semi-conducteurs à grand gap et l’intégration verticale GaN. Les actionneurs électromécaniques visent à être plus performants, durables et intelligents, en s’appuyant sur des méthodes de conception par l’IA. Le stockage d’énergie joue un rôle clé, tant pour les réseaux que pour la mobilité, via les batteries et la voie hydrogène, les travaux consistent à optimiser les performances et la résilience de ces dispositifs tout en tenant compte de l’impact environnemental des solutions choisies.Les grandes tendances du domaine des ondes électromagnétiques et acoustiques se situent à plusieurs niveaux. La modélisation électromagnétique s’enrichit de l’hybridation des techniques usuelles et l’intégration d’intelligence artificielle pour les aspects multi-échelles, multiphysiques et milieux hétérogènes. Les développements technologiques et architecturaux dans la gamme des micro-ondes et millimétrique sont dominés par la montée en fréquence des systèmes de communication (5G et 6G) avec des largeurs de bandes passantes plus importantes et des niveaux de puissance plus élevés, tandis que le gap entre les THz et l’optique diminue. Reconfigurabilité, efficacité énergétique et intégration progressive des technologies par impression 3D et de matériaux biosourcés sont aussi en forte évolution tout en assurant une immunité électromagnétique des systèmes. Les effets sanitaires des nouveaux standards de communication sont également considérés avec des systèmes d’exposition appropriés et la prise en compte de l’exposome. Enfin les systèmes électromagnétiques et acoustiques d’analyse non destructives ou non invasives ciblent des résolutions d’imagerie toujours plus poussées.Les recherches dans le domaine de la photonique sont très actives et portent sur la conception de dispositifs pour l’émission de lumière (lasers, sources de photons uniques), le contrôle de la propagation (fibre optique) et de toutes les propriétés de la lumière, par exemple par la nanostructuration de matériaux (métasurfaces), par le contrôle du front d’onde dans des matériaux désordonnés, ou encore par l’utilisation d’effets non-linéaires. Nous décrivons en particulier trois domaines d’applications porteurs : l’imagerie pour le vivant, les horloges atomiques et les communications quantiques.En optoélectronique, les recherches visent à élargir les gammes spectrales des lasers et détecteurs (de l’UV au THz), avec une forte dynamique sur les VECSEL, les modulateurs ultrarapides pour les télécommunications et l’intégration des matériaux fonctionnels avec la photonique silicium. Le photovoltaïque poursuit des innovations sur les cellules tandem (pérovskites/silicium) pour augmenter l’efficacité tout en limitant l’impact environnemental. L’utilisation des matériaux 2D progresse dans l’optoélectronique avec des défis qui concernent principalement la stabilité des dispositifs, la croissance, et l’intégration à grande échelle.L’électronique évolue avec des approches de conception et des technologies plus sobres et plus durables. Les architectures neuromorphiques ou le calcul embarqué au plus proche du capteur limitent l’empreinte énergétique du traitement des données. L’évolution des technologies de packaging 3D pour les systèmes hétérogènes ou l’intégration des structures d’autotest améliorent la fiabilité des composants. Les solutions d’intégration 3D, au niveau des transistors ou des puces, sont toujours intensivement explorées. La co-intégration des composants, qu’elle soit optoélectronique pour les mélangeurs, ou bien CMOS/III-V pour les amplificateurs, est privilégiée pour le domaine des télécommunications THz/sub-THz.Dans le domaine des micro et nanosystèmes, ou microcapteurs MEMS, les travaux s’orientent vers les applications en environnement sévère et vers les micro sources d’énergie où le grappillage d’énergie servira à alimenter l’IoT. De plus, bon nombre de microsystèmes concernent l’environnement et les sciences de la vie par le développement de systèmes microphysiologiques comme les organes sur puces et les laboratoires sur puce.La nanofabrication à grande échelle a vu le développement de nouveaux procédés de nanostructuration comme la lithographie par nano impression, avec des résolutions comparables à celle de la lithographie électronique. Les enjeux principaux restent focalisés sur la minimisation de l’endommagement des surfaces et le contrôle dimensionnel à l’échelle nanométrique, notamment par des procédés avancés de gravure pas couche atomique, sur la gravure de métaux non conventionnels et la nécessité de diminuer l’empreinte carbone des procédés. Les technologies de transfert de couche et de collage se sont développées pour permettre l’intégration hétérogène de matériaux.Les travaux en bio-impression 4D permettent des avancées concernant les modèles in vitro (Organ on Chip), les médicaments de thérapie innovante, et les traitements personnalisés. Les propriétés d’auto-assemblage des brins d’ADN complémentaires (origamis d’ADN) sont utilisées pour construire des nano-objets ; l’introduction de nanoparticules permet d’obtenir des fonctionnalités optiques.L’intégration compacte de fonctions variées dans les composants suscite des recherches actives, visant à combiner entre eux des matériaux hétérogènes (III-V, oxydes, matériaux 2D, matériaux à changement de phase, pérovskites hybrides, matériaux organiques) à l’échelle nanométrique, sur plateforme silicium notamment. Ces recherches visent en particulier des applications en micro-optoélectronique, pour la récupération d’énergie ou le quantique. Les techniques de synthèse des matériaux s’adaptent à ces objectifs de co-intégration compacte, notamment par le développement de clusters permettant de combiner plusieurs techniques de dépôt dans le même process, ou de stratégies innovantes de contrôle en temps réel des procédés de croissance. Enfin, l’impact environnemental des matériaux et procédés est pris en compte de plus en plus systématiquement dans les stratégies de recherche (substitution des matériaux critiques, développement de procédés frugaux, etc.).De manière transversale, les travaux menés dans la section nécessitent le développement d’outils de simulation multi-échelle et multiphysique. Les outils de l’intelligence artificielle sont amenés à jouer un rôle clé afin d’accélérer la modélisation prédictive et l’optimisation des procédés et des dispositifs.La Section 08 est sensible à la promotion de la science ouverte et encourage la diffusion de bases de données, de logiciels en open source, qui est considérée comme un moyen de valorisation de l’activité de recherche
Simultaneous measurement with multiple targets via laser feedback interferometry: an algorithm and application in absolute distance sensing
No full textInternational audienceLaser feedback interferometry (LFI) is a compact and highly sensitive technique for non-contact sensing, typically limited to configurations involving a single external target. Extending LFI to simultaneous multi-target measurement remains a significant challenge due to the increased complexity introduced by multiple optical feedback paths. In this work, we present a unified theoretical and computational framework for modeling and solving the excess phase equation in LFI systems with one or more external reflectors. The proposed approach accommodates both weak and moderate/strong optical feedback regimes, enabling robust analysis for diverse operating conditions. To validate the model, we perform experimental measurements of absolute distances to two consecutive targets using a single laser source. The results show a strong agreement between simulation and measured LFI signals across a broad range of optical feedback strengths
Behavior-based multi-sensor navigation in an unknown environment
No full textInternational audienceThe paper presents a behavior-based, multi-sensor reactive navigation strategy for moving in unknown environments with complex-shaped obstacles or narrow passages. The obstacle avoidance includes an anticipation step to facilitate switching between navigation and avoidance reactive controllers. The first contribution is the design of a prediction algorithm that secures transitions between them. The second one, more general, lies in modeling the avoidance task by incorporating the anticipation within the same spiral-based motion framework. This modeling approach enables the design of a single stand-alone reactive controller for collision avoidance. Simulations based on ROS/Gazebo validate the approach, demonstrating its effectiveness
Scalable and energy efficient communications in the Internet of Things
No full textNational audienceWe have the privilege of being able to quickly setup a video-call and virtually meet old friends living on the other side of the planet. We have the privilege of getting easily and timely updated about what is going on in the world. More recently, we have been given the privilege of being able to remotely check with few clicks if our plants at home are sufficiently moisturized while we are on vacation. In fact, this is the result of the progress in the development of Internet technologies and of its recent extension, the Internet of Things (IoT). The Internet is based on the availability of a resilient networking infrastructure able to let us communicate and access data anywhere at anytime. The IoT further extends the Internet infrastructure by mostly interconnecting very low power devices able to sense physical phenomena and interact with the environment even in remote and inaccessible areas. This last configuration sets up ! some constraints on the design of smart sensing objects and on the way they get plugged into the Internet. Indeed, such devices are usually fed by batteries, and use the stored energy to exchange data through wireless communications. Given that radio communications are the greatest drivers of power consumption, it is of core importance to build energy-saving communication protocols when targeting IoT networks. At the same time, the growing availability of such smart objects paves the way to the development of a vast gamut of monitoring applications, with a consequent massive increase in data exchanges. Hence, IoT communications must be able to insure acceptable performances also on increasing network scales. As matter of fact, designing scalable and energy-saving IoT networks is challenging due to the inherent antagonism of such features. Indeed, an increasing number of devices requires more signaling, and thus a bigger energy consumption. Vice versa, energy can be saved by! limiting the maximum number of handled devices, but this reduces the number of potential users. Interestingly, such a conflict can be solved by optimizing energy efficiency when designing large-scale IoT networks, e.g., by enabling synchronization, scheduling, threshold-based mechanisms, etc.With this methodological approach in mind, the research herein presented tackles protocol design and performance evaluation of energy efficient wireless communications in IoT networks. Such an investigation has been carried out over different network scales. It starts by summarizing the contribution to the development of low power mesh networks, which are based on multi-hop communications. Then, it extends the analysis to Low Power Wide Area Networks, which are featured by single-hop communications over long distances. Afterwards, it details the advent of Direct-to-Satellite IoT communications, which are based on interactions from the ground to Low Earth Orbit satellites. Finally, it envisages the research ahead
Science ouverte et collaborative pour l'élaboration d'un banc automatisé de caractérisation de pertes en commutation par opposition
No full textInternational audienceLa mesure des pertes en commutation des transistors de puissance s'effectue généralement par la mesure dite de double impulsion. La mesure par opposition de deux cellules de commutation constitue une méthode complémentaire, plus précise mais indirecte. Néanmoins, la mise en oeuvre de cette méthode peut être plus complexe, et nécessite des étapes de calibration et un pilotage complet, avec la problématique de la gestion thermique. Dans ce contexte, nous avons proposé d'aborder ce sujet par une action de science ouverte et collaborative, d'abord sous la forme d'un hackathon de 2 jours, puis des séances mensuelles ouvertes. Plus de 20 participant.e.s ont contribué sur les 2 jours du hackathon, suivi de séances mensuelles pour les personnes souhaitant poursuivre ensemble. Cela a permis de mettre en place un banc automatisé, en science ouverte, incluant la génération des ordres de commutation, la configuration et le pilotage des instruments de mesure, et la partie hardware. Nous présentons et partageons ici nos travaux et cette approche ouverte
Deciphering the Impact of Mutations on PfDHPS Active Site and Sulfadoxine Binding: Structural Insights from Molecular Dynamics Simulations
No full textInternational audienceThe antimalarial combination of sulfadoxine-pyrimethamine is used as a preventive treatment in pregnant women and children in Africa. Sulfadoxine inhibits the Plasmodium falciparum dihydropteroate synthase (Pf DHPS), but resistance has emerged through point mutations in this enzyme. In this study, we investigate the impact of mutations on the structural and dynamic properties of Pf DHPS using molecular dynamics simulations. Our results show that Pf DHPS maintains overall structural integrity across various combinations of resistance-associated mutations. However, significant differences emerge in ligand binding. Sulfadoxine binding is particularly impacted and shows reduced stability in the mutant systems compared to the wild-type enzyme, while the natural substrate generally maintains stable or even enhanced binding affinity. A key finding is the critical role of the D2 loop, whose conformational flexibility influences ligand retention. In mutant enzymes, the disruption of interactions between the D2 loop and the natural substrate correlates with decreased affinity. In contrast, specific mutations in the loop are associated with an increased affinity. Conversely, sulfadoxine binding is associated with an open D2 loop conformation, facilitating its release from the active site. Finally, the intrinsic flexibility of sulfadoxine emerges as an important determinant of this process. Together, these results provide molecular-level insights into the mechanisms of resistance in Pf DHPS and establish a structural and dynamic framework for future investigations into its catalytic function and inhibitor design
Aide à la décision en pilotage de projet de développement logiciel -Opportunités offertes par l'Intelligence Artificielle
No full textCongrès annuel de la SAGIP (Société d’Automatique, de Génie Industriel et de Productique) visant à rassembler les communautés de recherche en génie industriel et automatique, autour de thématiques comme la conception, le pilotage et l’amélioration de systèmes (techniques et/ou humains) et de systèmes de production, avec des approches issues notamment de l’IA, de l’optimisation et du contrôle-commande. L’édition 2025 a eu lieu à Mulhouse (campus “La Fonderie”) du 21 au 23 mai 2025.Contexte : Ce travail de recherche est effectué dans le cadre d’une thèse CIFRE menée en collaboration avec l’entreprise AMPERE, en charge du développement logiciel pour le groupe automobile Renault. Objectif : L’objectif de la thèse est d’explorer l’utilisation de l’Intelligence Artificielle pour supporter la prise de décision, durant le développement de produits logiciels en automobile, dans le but d’améliorer le pilotage des projets. Motivations : La maîtrise du développement de produits logiciels est cruciale, notamment en automobile, où l’on observe un changement de paradigme vers les « Software Defined Vehicles ». Le chef de projet doit avoir une compréhension claire de l'avancement et de l’état courant du projet, et prendre les décisions optimales pour piloter la suite du projet. Il doit pour cela intégrer un ensemble important d’informations, de natures et de sources multiples. Malgré la disponibilité de méthodes et d’outils, il reste difficile pour lui de mesurer la complexité du projet dans toutes ses dimensions et de prévoir différents scénarios de pilotage. Verrous : Aujourd’hui, les décisions reposent sur la capacité du chef de projet à anticiper les risques et opportunités dans un environnement complexe et évolutif, en grande partie liée à son expérience. Problématique : Dans ce contexte, l’intégration de modèles prédictifs et de technologies d’IA pourrait non seulement renforcer l’efficacité des outils existants, mais également offrir de nouvelles perspectives en matière de prise de décision, en améliorant la prévision, l’analyse des impacts et l’élaboration de solutions optimales.Travail effectué : Une fois la problématique posée et formalisée, nous avons étudié les pratiques actuelles en pilotage de projets logiciels, en considérant comme cas d’étude AMPERE, qui met en œuvre un processus spécifique, SDV, conforme aux normes métiers du domaine, et utilise le framework agile Safe pour le développement logiciel ; nous avons identifié un certain nombre de verrous méthodologiques et techniques. Nous avons fait par ailleurs une cartographie des différentes techniques d’IA et de leurs applications (optimisation, aide à la décision, …). Le travail en cours consiste à explorer une sélection de ces techniques afin d’évaluer leur intérêt pour résoudre les verrous.Le début de ce travail a fait l’objet d’une soumission de résumé à la conférence CIGI-QUALITA-MOSIM.</div