Projets novateurs réalisés

Une étude de l’électrofilage de surface libre pour améliorer et optimiser le processus de production des nanofibres

L’électrofilage à surface libre (FSE) est un procédé novateur capable de produire des réseaux non tissés de nanofibres continues avec une morphologie et une taille contrôlées à partir de solutions polymères avec l’application de champs électriques élevés. Ce nouveau schéma, basé sur un système d’alimentation en cylindre rotatif en solution, est capable de produire des nanofibres à un rythme raisonnable comparé aux schémas capillaires conventionnels. Nous proposons d’approfondir et d’optimiser le programme pour l’utilisation d’un large éventail d’applications dans l’industrie. Des configurations expérimentales FSE seront développées à partir d’un système d’alimentation en cylindre rotatif et d’alimentation en disque rotatif. Le schéma sera étudié en variant les conditions de traitement et différentes solutions polymères, y compris les biopolymères. Les résultats expérimentaux seront utilisés pour modifier le schéma afin d’améliorer davantage la performance des schémas d’électrofilage à surface libre. Un modèle mathématique sera utilisé pour optimiser le schéma afin d’une opération efficace. Les résultats obtenus dans cette étude permettront au développement de GABAE de mieux comprendre le processus d’électrofilage à surface libre et d’utiliser cette technique pour des développements de produits novateurs.

Intégration de la technologie micro-ondes aux systèmes microfluidiques pour des tests combinatoires à haut débit et des applications en laboratoire sur puce

Les tests combinatoires à haut débit pour les applications pharmaceutiques nécessitent des méthodes rapides pour manipuler les gouttelettes dans les systèmes microfluidiques. Dans ce projet, une plateforme micro-ondes sera conçue et utilisée pour le chauffage, l’identification et la détection rapides des gouttelettes. L’utilisation d’une énergie micro-ondes extrêmement confinée permet de chauffer, détecter et identifier les gouttelettes. Avec la nouvelle plateforme, il sera possible de contrôler la température de chaque gouttelette séparément. De plus, puisque les micro-ondes chauffent beaucoup plus l’eau que d’autres matériaux présents dans un système microfluidique typique, comme l’huile et le polydiméthylsiloxane, le chauffage micro-ondes peut chauffer les gouttelettes beaucoup plus rapidement comparativement au chauffage résistif, qui est la technique la plus couramment utilisée dans les systèmes microfluidiques. En plus des applications de chauffage, des techniques de détection non invasive par micro-ondes seront employées pour la détection des gouttelettes et l’identification de leur contenu.

Programmation par contraintes appliquée à l’industrie aérospatiale

L’objectif de ce projet est d’appliquer la programmation par contraintes aux problèmes de planification et de planification qui surviennent dans l’industrie aérospatiale. La programmation par contraintes est une méthodologie réussie pour résoudre des problèmes combinatoires complexes. L’industrie aérospatiale offre de nombreuses occasions d’appliquer des techniques de programmation par contraintes de pointe afin d’optimiser la planification complexe et les problèmes d’allocation des ressources, la planification avionique et la planification de missions spatiales.

La nouveauté de cette proposition est triple. Premièrement, nous avons l’intention de modéliser les problèmes avec succès en tant que programmes de contraintes. Récemment, l’accent a été mis dans la communauté de la programmation par contraintes sur quand et comment la programmation par contraintes peut être utilisée pour résoudre des problèmes réels. Ensuite, nous développerons de nouveaux algorithmes de recherche pour résoudre le problème modélisé. Enfin, nous développerons de nouvelles techniques de propagation des contraintes. Grâce à ces innovations, nous espérons trouver des solutions qui seront utiles au partenaire industriel.

La conception de techniques d’atténuation des interférences co-canal via une architecture novatrice radio sur câble (RoC) proposée pour améliorer la performance intérieure des réseaux femtocellulaires

Les dispositifs de communication sans fil sont devenus une partie essentielle de nos vies et de nouvelles applications omniprésentes évoluent rapidement. Le spectre des liens sans fil est limité et son utilisation efficace grâce à la technologie intelligente est très cruciale pour répondre à la demande croissante. Femtocell, utilisant une station de base domestique à faible consommation, est une technique prometteuse pour servir des utilisateurs quasi-immobilisés à l’intérieur. Il a le potentiel d’offrir une meilleure couverture et un débit de données accru aux utilisateurs intérieurs et de soutenir davantage d’utilisateurs/services en transférant le trafic principal de la macrocellule vers les femtocellules sous-jacentes. En raison de la réutilisation du même spectre dans les deux niveaux, atténuer les interférences est un défi extrêmement important pour concrétiser la promesse des femtocellules. Nous cherchons à étudier une nouvelle architecture de réseau radio sur câble (RoC) pour relever ce défi vital dans la recherche proposée, qui profite aux secteurs des télécommunications de l’Ontario en utilisant efficacement des ressources limitées du spectre pour améliorer la capacité du réseau.

Approche des réseaux sociaux pour déterminer l’information privilégiée dans des situations de découverte juridique

Lors de la phase de découverte d’une action en justice, les dossiers des deux parties sont fouillés à la recherche de documents relatifs (ou pertinents) au litige en cours et, s’ils ne sont pas jugés privilégiés comme une communication fournissant des conseils juridiques, partagés avec l’avocat adverse.

C’est aussi l’un des coûts les plus importants d’une action en justice, car tous les documents doivent être fouillés et vérifiés pour leur privilège et leur pertinence dans ce qui est souvent des millions de documents. Dans cette recherche, nous nous appuyons sur les approches existantes de la découverte électronique en appliquant les outils d’analyse des réseaux sociaux (SNA) au problème afin d’améliorer la performance des (1) moteurs réactifs et (2) de classification des privilèges. Le partenaire industriel bénéficiera d’une approche novatrice pour résoudre les deux problèmes fondamentaux de son industrie et d’explorer la possibilité d’un futur système d’analyse documentaire basé sur les réseaux sociaux.

Développement et mise en œuvre de technologies pour le fonctionnement guidé par image du système chirurgical robotisé Amadeus® grâce à l’haptique

La chirurgie mini-invasive assistée par robot est un domaine émergent en recherche et en industrie. Un défi majeur avec les systèmes robotiques médicaux existants (y compris le da Vinci® d’Intuitive Surgical) est l’absence de retour haptique (sens du toucher). En revanche, l’imagerie médicale n’est utilisée que pour la visualisation directe dans les systèmes existants. Certaines sous-tâches chirurgicales (comme les coupures simples, le nettoyage et l’aspiration, etc.) peuvent être automatisées grâce à la rétroaction d’imagerie et au service visuel pour aider les chirurgiens pendant l’opération. Le projet proposé portera sur (a) la conception et le développement d’un mécanisme de détection de force et d’un retour haptique pour donner au chirurgien un sens du toucher; (b) utilisation efficace de la rétroaction d’imagerie dans la boucle de contrôle pour l’automatisation partielle de certaines sous-tâches chirurgicales moins critiques mais pouvant être fastidieuses; et (c) le développement de la téléopération maître-esclave en présence de délais de communication. L’objectif est de les mettre en œuvre et de les tester sur le système chirurgical robotisé Amadeus® développé par Titan Medical Inc.

Un robot Omni-Delta auto-équilibré

Dans ce projet, un robot parallèle Delta modifié est conçu, dans lequel le nombre d’articulations passives est réduit, et une jonction active est ajoutée au matériel. À notre connaissance, cette configuration semble être la première du genre.

Dans ce projet, des analyses cinématiques et dynamiques seront réalisées. Des algorithmes de contrôle actif de conformité et d’anticipation des collisions seront également développés pour cette nouvelle conception. Cette configuration sera utilisée comme la « taille » d’un robot de service omnidirectionnel et auto-équilibré. Méthodologie et nouveauté de l’approche et/ou de l’application

Ce nouveau design de robot Delta, combiné à un robot mobile omni-wheel, compose un robot de service omni-plateforme et d’interaction humaine. Le système proposé servirait de robot de service personnel capable d’aider les gens dans leurs activités quotidiennes et dans leurs enjeux de santé.

Cette configuration pourrait aussi être considérée comme un robot auto-équilibrant. Dans ce concept, le centre de masse du robot est modifié en fonction de la perturbation estimée/prédite appliquée au système. Ainsi, le robot réagit de façon à réduire l’effet de la perturbation.

Développement d’un outil analytique en temps réel pour prédire le destin tissulaire lors d’un AVC ischémique

La thérapie thrombolytique est la base du traitement de l’AVC. Cependant, ce traitement peut être potentiellement nuisible. Un modèle spécifique au patient des résultats attendus faciliterait grandement le processus décisionnel de traitement, tant pour les cliniciens que pour les patients. Nous proposons de développer un outil clinique en intégrant l’imagerie et le jeu de données clinique pour prédire le sort des tissus dans un AVC ischémique. Nous nous attendons à ce que le produit permette la quantification en temps réel des résultats tissulaires attendus en utilisant des seuils spécifiques aux patients et aux tissus. Ce projet interdisciplinaire intègre le génie biomédical, la radiologie et la neurologie dans le développement d’un outil clinique avancé en santé, afin de guider le processus décisionnel dans le traitement de l’AVC. La propriété intellectuelle et les produits développés seront transférés aux partenaires cliniques de l’hôpital Sunnybrook.

Fabrication des photovoltaïques de 3e génération utilisant des nanotubes de TiO2 et des points quantiques

En raison de l’épuisement des réserves pétrolières et du changement climatique mondial, nous sommes contraints de chercher des sources alternatives pour répondre à notre demande énergétique croissante. Parmi les technologies d’énergie verte, l’utilisation de l’énergie solaire est la seule façon de résoudre ce problème, et puiser dans cette immense quantité d’énergie représente un grand défi pour la recherche scientifique et l’ingénierie. Les technologies actuelles du silicium ont jusqu’à présent connu un déploiement limité, principalement en raison du coût des matériaux. Il faut développer de nouvelles méthodes pour capter l’énergie solaire. Ici, le photovoltaïque de^3e génération à base de semi-conducteurs pourrait doubler l’efficacité des cellules solaires.

La proposition décrit l’application de nanotubes de_TiO 2 et de points quantiques dans une nouvelle structure de dispositif photovoltaïque. Les travaux expérimentaux incluront l’électroplacage du titane à la surface du verre conducteur en utilisant un liquide ionique comme électrolyte, la fabrication de nanotubes_TiO 2, et le dépôt de points quantiques sur la surface du nanotube_{TiO 2} pour générer ce qu’on appelle photovoltaïque de^3e génération.

Développement et validation d’un modèle mathématique de l’activité cérébrale lors d’une stimulation cérébrale profonde dans la maladie de Parkinson

La stimulation cérébrale profonde (DBS) consiste à implanter des électrodes délivrant des stimuli électriques dans les structures cérébrales profondes pour soulager les symptômes moteurs de la maladie de Parkinson (MP). Même si la DBS réussit à soulager les symptômes d’environ 50 000 patients dans le monde, il s’agit d’une technique neurochirurgicale invasive, et ses mécanismes d’action restent insaisissables. Cette thérapie pourrait être grandement améliorée en ciblant le cortex, également affecté par la DBS. Cependant, une condition préalable est de comprendre comment l’activité corticale est affectée par la DBS. À cette fin, un modèle mathématique à grande échelle de l’activité cérébrale sera développé et utilisé pour prédire les signaux d’électroencéphalogramme (EEG) et dépendants du niveau d’oxygène dans le sang (BOLD, mesuré par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) chez les patients atteints de MP lorsque la DBS est « allumée/désactivée ». Ce modèle sera validé à l’aide de données EEG et IRMf obtenues chez les patients atteints de MP. Ce travail a un potentiel de développement logiciel et matériel pour Multi Magnetics Inc., partenaire du secteur privé sur ce projet.

Recherche et développement de la propagation automatisée des cellules souches pluripotentes

Les cellules souches sont à l’avant-garde de la médecine moderne et devraient révolutionner à la fois les industries des soins humains et vétérinaires. Actuellement, un obstacle majeur au domaine est le temps long et coûteux temps passé à faire croître et maintenir diverses populations de cellules souches. Le degré de contamination par des cellules non souches, la capacité des cellules souches à prospérer et à croître, ainsi que la qualité des cellules souches dépendent en grande partie des compétences du technicien. Fournir une approche rentable et entièrement reproductible pour la production de masse de cellules souches de recherche et de cellules souches liées thérapeutiquement nécessite ultimement la mécanisation et l’automatisation des procédés. La recherche proposée viserait à collaborer avec l’industrie pour développer un appareil entièrement automatisé capable de maintenir et de propager des cellules souches pluripotentes in vitro. L’appareil proposé intéresserait grandement tant la recherche académique, axée sur les cellules souches pluripotentes, que les applications industrielles de cette technologie dans le domaine de la santé.

Développement de bobines et de séquences pour l’imagerie par résonance magnétique métabolique

La polarisation nucléaire dynamique permet d’amplifier le signal IRM du pyruvate ^{marqué 13}°C par 10 000 fois, surpassant le faible signal naturel du carbone. Cela rend possible l’imagerie des processus métaboliques et pourrait fournir des informations utiles sur les changements du métabolisme cellulaire dus au cancer. L’imagerie des produits métaboliques du pyruvate permet de surveiller non seulement où se déroule le métabolisme, mais aussi le processus métabolique lui-même.  La durée limitée de l’état hyperpolarisé nécessite des techniques d’imagerie rapide, y compris une technique connue sous le nom d’IRM parallèle.  Pour tirer parti de cette technique, de nouveaux réseaux de bobines sont nécessaires, qui seront développés avec l’expertise disponible chez XLR Resonance. Cela permettra pour la première fois de produire des images haute résolution de la façon dont les concentrations relatives de métabolites évoluent en fonction du temps, et de positionner la résonance XLR au premier plan de ce champ émergent. Des voies auparavant inaccessibles pour l’évaluation non invasive du métabolisme du cancer seront rouvertes grâce au développement de cette nouvelle technologie.