Projets innovants réalisés

Applications thermoélectriques dans la récupération de la chaleur résiduelle

L’étudiant effectuera une revue détaillée de la littérature sur le sujet, dérivera une théorie pour la production d’énergie et construira un appareil de test simple pour évaluer la théorie. 

Conception et construction d’un simulateur de rafales pour les essais d’éoliennes

Usinage nanomécanique assisté par vibration au microscope à force atomique

L’étudiant effectuera des tests tribologiques à l’échelle nanométrique par spectroscopie de force, tests de rayures et de nano-indentation pour identifier les contraintes d’écoulement et les propriétés tribologiques élasto-plastiques, telles que la dureté, le coefficient de frottement, la récupération élastique et les effets de labour. La deuxième partie du travail est une mise en œuvre de l’étape nano que nous avons développé dans notre laboratoire en utilisant un actionneur piézo-électrique. L’étudiant étudiera les caractéristiques dynamiques du stade de l’actionneur piézoélectrique.  Un système d’exploitation et de contrôle en temps réel (DSpace 1103PX4) sera utilisé pour actionné les formes elliptiques dans un environnement Matlab/SimulinkTM. 

Équations aux dérivées partielles pour l’imagerie sismique.

Accélération logicielle parallèle de la méta-heuristique pour l’exploration de données

Au cours des dix dernières années, les besoins de l’industrie ont fait de l’exploration de données l’une des facettes les plus importantes des technologies de l’information (TI). En termes simples, l’exploration de données est le processus automatique d’extraction des interrelations et des modèles d’intérêt des données. Aujourd’hui, les entreprises du monde entier s’appuient sur l’exploration de données non seulement pour découvrir des connaissances à partir d’informations historiques, mais aussi pour prédire les tendances et les comportements futurs, permettant aux entreprises de prendre des décisions plus éclairées.

L’objectif de ce projet est double : (1) construire des méta-heuristiques évolutives en exploitant le parallélisme qui est disponible dans le matériel de base d’aujourd’hui ; et (2) utiliser ces méta-heuristiques parallèles évolutives dans le cadre d’un accélérateur pour l’exploration de données. En ce qui concerne (1) nous proposons de ne considérer que les métaheuristiques basées sur la population, car celles-ci se prêtent le plus naturellement à des implémentations parallèles. Les métaheuristiques qui seront prises en compte comprennent des algorithmes génétiques, une recherche adaptative randomisée gourmande
les procédures, l’estimation des algorithmes de distribution, l’optimisation de l’essaim de particules et les algorithmes de colonie de fourmis. Lorsque nous cherchons à paralléliser ces algorithmes, nous prévoyons d’exploiter uniquement le matériel de base sous la forme d’architectures multicœurs et multicœurs. La décision de nous limiter au matériel de base rend nos algorithmes immédiatement accessibles à toute personne disposant d’un PC de bureau doté d’une unité de traitement graphique (GPU). Actuellement, ce dernier contient une énorme quantité de puissance de calcul potentielle avec des cœurs GPU (simples) dépassant en nombre les cœurs de processeur (complexes) de deux ordres de grandeur. En implifiant la méta-heuristique directement sur le GPU ou une combinaison de CPU-GPU, nous espérons atteindre une accélération d’au moins un ordre de grandeur par rapport au logiciel. Une fois terminée, la métaheuristique de (1) sera utilisée pour développer un accélérateur évolutif et parallèle pour l’exploration de données. Notre objectif à court terme (12 semaines) est d’utiliser ces métaheuristiques parallèles pour construire des classificateurs évolutifs.

Le programme de recherche de projet proposé consiste en une analyse théorique complétée par un prototypage expérimental. Ainsi, l’étudiant acquerra non seulement des connaissances dans la pensée formelle, mais aussi des compétences pratiques dans le développement de systèmes logiciels parallèles complexes.

Structure et fonction d’une particule de ribonucléoprotéine

Le groupe de recherche Kothe étudie la structure et la fonction de petites ribonucléoprotéines qui sont impliquées dans la biogenèse des ribosomes, en particulier dans la modification de l’ARN ribosomique, dans le but de mieux comprendre comment la cellule assemble de grands complexes rnaprotéiques tels que le ribosome.

Ma recherche fondamentale étudie le mécanisme des premiers stades de la biogenèse des ribosomes au niveau moléculaire. À cette fin, j’applique une combinaison puissante et multidisciplinaire de la génétique traditionnelle de la levure et de la biologie moléculaire avec la biochimie et la biophysique de pointe en utilisant des systèmes de modèles bactériens, archéaux et eucaryotes.

L’étudiant de Globalink aidera à toutes les étapes du projet, ce qui lui permettra d’obtenir une expérience détaillée dans de nombreux domaines de la biochimie et de la biologie moléculaire. L’une de nos principales questions porte sur la fonction de certains éléments structuraux de la particule de ribonucléoprotéine par exemple pour la reconnaissance du substrat ou la formation de complexes. Pour répondre à cette question, nous modifions des régions spécifiques de protéine ou d’ARN utilisant des méthodes de mutagenèse site-dirigées. Au cours de son stage, l’étudiant de Globalink utilisera ces techniques pour générer des mutations dans les ADN codant pour les composants protéiques du complexe de ribonucléoprotéines. Afin de reconstituer la particule de ribonucléoprotéine mutante, la protéine mutante doit être recombinantement surexprimée dans E. coli et ensuite être purifiée par affinité et d’autres types de chromatographie.
De plus, les autres protéines du complexe ribonucléoprotéines seront purifiées par des méthodes similaires. Le succès des purifications des protéines est suivi par SDS-PAGE. Ensuite, la composante ARN du complexe ribonucléoprotéines est générée par transcription in vitro suivie d’une purification à l’aide de la chromatographie d’échange d’anions qui est surveillée par RNA-Urée-PAGE. Enfin, l'
étudiant analysera la formation du complexe ribonucléoprotéine par chromatographie de taille-exclusion comparant à la fois le type sauvage et les composants mutants. Avec mon étudiant au doctorat, l’étudiant de Globalink aura également l’occasion d’évaluer les effets de la mutation introduite sur la capacité de la particule de ribonucléoprotéines à modifier l’ARN. En résumé, ce projet vise à approfondir notre compréhension de la structure et de la fonction des ribonucléoprotéines dans la biogenèse des ribosomes. Ces connaissances seront importantes pour cibler cette voie cellulaire critique dans différentes maladies.

Renforcement des dalles à âme creuse préconçues / préfabriquées avec renforcement FRP monté près de la surface

Conception du capteur et analyse des données historiques pour la surveillance de l’état des conducteurs aériens

Étude expérimentale de la digestion anaérobie menée dans des conditions contrôlées : collecte et analyse de données

La digestion anaérobie est un processus respectueux de l’environnement qui décompose la biomasse en composants plus simples et plus stables, tout en capturant simultanément l’énergie sous la forme d’un biogaz riche en méthane.  Les digesteurs sont généralement utilisés pour traiter les déchets, comme dans les installations municipales de gestion des déchets ou dans les fermes d’élevage.  Cependant, les digesteurs anaérobies ne sont pas très fiables, souffrant de « perturbations du digesteur » occasionnelles.  Par conséquent, la digestion anaérobie est moins attrayante pour l’industrie que d’autres alternatives moins environnementales.  La raison derrière ce manque de fiabilité réside dans les complexités de la digestion anaérobie - le processus de digestion implique des centaines d’espèces différentes de micro-organismes, chacune avec son propre ensemble de comportements interdépendants.  Le but de notre projet est de développer un modèle informatique 3D plus fiable sur lequel baser les futures conceptions de digesteur et les systèmes de contrôle.  Il en résulte une amélioration générale de la fiabilité des digesteurs anaérobies, ce qui entraîne une augmentation du taux d’installation dans l’industrie.

On s’attend à ce que l’étudiant effectue des activités de collecte de données, dont la nature variera en fonction des expériences contrôlées à réaliser et de l’installation. Les activités de visualisation de flux impliquent de se familiariser avec le fonctionnement d’un système de colonne de fluide, du véocimètre d’image de particules et du velocimètre Doppler acoustique, de mener des essais expérimentaux et d’effectuer des analyses de données initiales, telles que la corrélation adaptative assistée par logiciel, ainsi que d’utiliser MATLAB pour produire des résultats. Les activités à l’installation de digestion à l’échelle pilote comprennent l’enregistrement quotidien des lectures des capteurs et la prise en compte des problèmes de contrôle identifiés par le contrôleur.  On peut s’attendre à une réduction des données à l’aide d’Excel et être prête à être validée par rapport à un modèle de digesteur anaérobie 3D.

Amélioration de la détection des intrusions basée sur les signatures

L’utilisation répandue de l’approche basée sur les signatures dans les systèmes modernes de détection d’intrusion (IDS) souligne l’importance de deux questions associées à la performance de l’approche : les exigences rigides pour le traitement des signatures et la qualité de l’ensemble de signatures. Ce projet de recherche est axé sur l’amélioration du rendement de la détection d’intrusions fondée sur la signature.

La détection d’intrusion basée sur les signatures est l’une des techniques les plus couramment utilisées dans les systèmes modernes de détection d’intrusion (IDS). Cette méthode est basée sur la mise en correspondance des événements entrants avec un ensemble de règles, c’est-à-dire des signatures d’attaque, pour identifier les intrusions connues. L’un des principaux avantages de l’approche fondée sur la signature et la principale raison de son acceptation généralisée est la prévisibilité de son comportement et la précision de sa détection. D’autre part, il y a deux problèmes associés à cette approche dans la pratique : la performance de la composante correspondante et la qualité de l’ensemble de signatures.

Les performances sont depuis longtemps devenues une opération critique dans les systèmes de détection d’intrusion basés sur la signature. Les exigences de performances rigides sont dictées non seulement par l’augmentation des vitesses de réseau, mais également par l’augmentation de la complexité et de la quantité de signatures de détection d’intrusion. La découverte constante des vulnérabilités logicielles et des nouvelles menaces exige l’ajout en temps opportun de nouvelles signatures d’attaque. Il en résulte un ensemble complexe, chevauchant et souvent redondant de signatures d’attaque.

L’objectif de ce projet de recherche est donc double : développer une approche efficace d’appariement des signatures et des outils d’analyse de la qualité de l’ensemble de signatures.

Flux de conception expérimentale assistée par ordinateur

Les réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA) sont devenus le moyen de mise en œuvre de choix pour de nombreux circuits numériques dans des domaines aussi divers que les télécommunications, la bioinformatique, les systèmes de visualisation et le traitement du signal numérique. L’un des rares domaines où les FPGA ne sont pas encore devenus omniprésents est dans les applications mobiles. Ce domaine d’application est énorme ; avec le cloud computing, nous nous attendons à ce que les appareils mobiles deviennent la plate-forme informatique de l’avenir. Ces appareils représenteront bien plus que des plateformes de courriel et web ; ils fourniront des applications informatiques personnelles et immédiates qui aideront, guériront, informeront et habiliteront l’humanité au cours des prochaines décennies. Les principales raisons pour lesquelles les réseaux de portes programmables sur le terrain n’ont pas été utilisés dans les appareils mobiles sont leur dissipation d’énergie et leur coût. Dans le cadre de ce projet, nous étudierons (a) de nouvelles architectures FPGA écoénergétiques, (b) une méthode de mappage des applications aux FPGA avec l’énergie comme préoccupation de première classe, et (c) une compréhension et une démonstration de ce qui est possible dans un appareil mobile amélioré avec notre plate-forme programmable. Nous nous sommes associés à Altera, un important fournisseur de FPGA ayant une présence importante en R-D à Toronto, qui serait en mesure d’utiliser immédiatement nos techniques pour produire de meilleurs FPGA.
Nous explorerons et développerons des algorithmes de CAO et des outils logiciels sensibles à l’énergie qui peuvent mapper les circuits aux architectures proposées en (a). Nous nous engagerons dans un vaste effort de collaboration, en nous appuyant sur [1] dont le but est de permettre l’architecture FPGA et la recherche CAO basée sur des applications conçues au niveau Verilog HDL. Ce flux de CAO se compose de l’élaboration HDL, de l’optimisation logique, de la cartographie technologique, du clustering, du placement et du routage. Nos recherches antérieures ont permis d’identifier des méthodes éconergétiques pour plusieurs de ces étapes [SW15 ; 2]; toutefois, cela n’a pas tenu compte des caractéristiques nouvelles proposées dans la tâche 1. En outre, nous n’avons pas envisagé une élaboration écoénergétiques, qui est essentielle pour utiliser efficacement ces caractéristiques d’économie d’énergie. Les caractéristiques d’économie d’énergie d’un FPGA doivent être conçues pour être à usage général et convenir au plus grand nombre d’applications possible. Il s’agit d’une différence fondamentale entre la réduction de la puissance dans une puce à fonction fixe par rapport à un FPGA. Pour une puce à fonction fixe, le concepteur peut examiner l’application et créer des îlots de tension ou d’autres structures d’économie d’énergie optimisées spécifiquement pour cette application. Toutefois, lors du mappage de l’application à un FPGA, l'
le concepteur doit utiliser la collection de fonctionnalités d’économie d’énergie disponibles sur le FPGA d’une manière judicieuse. Dans ce projet, nous chercherons des méthodes pour automatiser la traduction des besoins en énergie de l’application à la mise en œuvre de ces exigences en utilisant les fonctionnalités d’optimiséisation de puissance FPGA disponibles. Les méthodes seront encapsulées dans un algorithme et un outil d’élaboration de puissance.

Isolement des hémicelluloses du procédé de production de pâte à dissoudre à base de kraft

Les trois principaux composants des copeaux de bois sont la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Traditionnellement, la cellulose est la principale forme de pâte, qui est le produit des usines de pâte à papier et est utilisée comme principale matière première pour la production de papier dans les usines de papier. La lignine, cependant, est principalement brûlée pour répondre aux besoins en chaleur des usines de pâte à papier.

Cependant, les hémicelluloses sont classiquement brûlées avec la lignine dans le système de récupération de l’alcool usé de mise en pâte.  Étant donné que les valeurs thermiques des hémicelluloses sont beaucoup plus faibles que celles de la lignine dissoute dans la liqueur usée, il est largement admis que la combustion n’est pas l’utilisation économique des hémicelluloses. Les chercheurs cherchent d’autres méthodes pour améliorer l’utilisation des hémicelluloses, ce qui à son tour augmente les revenus des usines de pâte.

Le stage étudiant sera directement impliqué dans le programme de recherche.  Le candidat apprendra des techniques d’analyse et de traitement de pointe et sera formé pour comprendre et mener à bien un programme de recherche novateur. Il/Elle développera également le travail d’équipe, la présentation en leadership et les compétences en communication.