Projets novateurs réalisés

Applications thermoélectriques dans la récupération de la chaleur résiduelle

L’étudiant effectuera une revue de littérature détaillée sur le sujet, déduira 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 réalisera des tests tribologiques à l’échelle nanométrique par spectroscopie de force, rayures et nano-indentations afin d’identifier les contraintes d’écoulement et les propriétés tribologiques élasto-plastiques, telles que la dureté, le coefficient de friction, la récupération élastique et les effets de labour. La deuxième partie du travail est une implémentation du nano étage que nous avons développée dans notre laboratoire à l’aide d’un actionneur piézoélectrique. L’étudiant étudiera les caractéristiques dynamiques de l’étage de l’actionneur piézoélectrique.  Un système d’exploitation et de contrôle en temps réel (DSpace 1103PX4) sera utilisé pour actionner les formes elliptiques dans un environnement Matlab/SimulinkTM. 

Équations aux dérivées partielles pour l’imagerie sismique.

Accélération logicielle parallèle des méta-heuristiques pour l’exploration de données

Au cours des dix dernières années, les besoins de l’industrie ont fait de l’exploration de données l’un des aspects les plus importants des technologies de l’information (TI). En termes simples, l’exploration de données est le processus automatique d’extraction des interrelations et des motifs d’intérêt à partir 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 comportements futurs, permettant ainsi 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 disponible dans le matériel grand public d’aujourd’hui; et (2) utiliser ces méta-heuristiques parallèles et évolutives comme partie 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 considérées incluent les algorithmes génétiques, la recherche adaptative randomisée avide
procédures, estimation des algorithmes de distribution, optimisation des essaims de particules et algorithmes de colonie de fourmis. En cherchant à paralléliser ces algorithmes, nous prévoyons d’exploiter uniquement du matériel de base sous forme d’architectures multi-cœurs et multi-cœurs. La décision de nous limiter au matériel de base rend nos algorithmes immédiatement accessibles à toute personne disposant d’un PC de bureau équipé d’une unité de traitement graphique (GPU). Actuellement, ce dernier contient une puissance de calcul potentielle énorme, avec des cœurs GPU (simples) qui surpassent en nombre les cœurs CPU (complexes) de deux ordres de grandeur. En implémentant les méta-heuristiques directement sur le GPU ou une combinaison CPU-GPU, nous espérons atteindre une accélération d’au moins un ordre de grandeur par rapport au logiciel. Une fois terminées, les métaheuristiques de (1) seront utilisées pour développer un accélérateur parallèle évolutif 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 proposé consiste en une analyse théorique complétée par un prototypage expérimental. Ainsi, l’étudiant acquerra non seulement des connaissances en pensée formelle, mais aussi des compétences pratiques dans le développement de systèmes logiciels parallèles complexes.

Structure et fonction d’une particule ribonucléoprotéique

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

Mes recherches fondamentales portent sur 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 une biochimie et une biophysique de pointe utilisant des systèmes modèles bactériens, archéaux et eucaryotes.

L’étudiant de Globalink assistera à toutes les étapes du projet, ce qui lui permettra d’acquérir une expérience approfondie 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 ribonucléoprotéique, par exemple pour la reconnaissance du substrat ou la formation de complexes. Pour répondre à cette question, nous modifions des régions spécifiques de protéines ou d’ARN en utilisant des méthodes de mutagenèse orientée vers le site. Pendant son stage, l’étudiant Globalink utilisera ces techniques pour générer des mutations dans les ADN codant pour les composants protéiques du complexe ribonucléoprotéine. Pour reconstituer la particule ribonucléoprotéique mutante, la protéine mutante doit être surexprimée de façon recombinante dans E. coli et ensuite purifiée par affinité et d’autres types de chromatographie.
De plus, les autres protéines du complexe des ribonucléoprotéines seront purifiées par des méthodes similaires. Le succès des purifications protéiques est suivi par le SDS-PAGE. Ensuite, la composante ARN du complexe de ribonucléoprotéines est générée par transcription in vitro suivie d’une purification à l’aide de chromatographie par échange d’anions, qui est surveillée par ARN-Urée-PAGE. Enfin, le
L’étudiant analysera la formation du complexe ribonucléoprotéique par chromatographie d’exclusion de taille en comparant à la fois les composantes sauvages et mutantes. Avec mon doctorant, l’étudiant Globalink aura aussi l’occasion d’évaluer les effets de la mutation introduite sur la capacité de la particule ribonucléoprotéine 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 noyau creux précontraintes/préfabriquées avec un renforcement en PRV monté près de la surface

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

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

La digestion anaérobie est un procédé écologique qui décompose la biomasse en composants plus simples et plus stables, tout en capturant simultanément de l’énergie sous forme de biogaz riche en méthane.  Les digesteurs sont généralement utilisés pour traiter les déchets, comme dans les installations municipales de déchets ou dans les fermes d’élevage.  Cependant, les digesteurs anaérobies ne sont pas très fiables, souffrant occasionnellement de « troubles du digesteur ».  Par conséquent, la digestion anaérobie est moins attrayante pour l’industrie comparativement à d’autres alternatives moins environnementales.  La raison de cette manque de fiabilité réside dans la complexité de la digestion anaérobie – le processus de digestion implique des centaines d’espèces différentes de micro-organismes, chacune avec son propre ensemble de comportements interreliés.  Le but de notre projet est de développer un modèle informatique 3D plus fiable sur lequel fonder les futures conceptions de digesteurs et de systèmes de contrôle.  Le résultat est une amélioration générale de la fiabilité des digesteurs anaérobies, menant à 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 varie selon les expériences contrôlées à réaliser et l’installation. Les activités de visualisation d’écoulement consistent à se familiariser avec le fonctionnement d’un système de colonne de fluide, le vélocimètre d’image particulaire et le vélocimètre Doppler acoustique, la réalisation d’essais expérimentaux et l’analyse initiale des données, comme la corrélation adaptative assistée par logiciel, ainsi que l’utilisation de MATLAB pour obtenir des résultats. Les activités à l’installation du digesteur à l’échelle pilote incluent l’enregistrement quotidien des relevés des capteurs et la résolution des questions de contrôle identifiées par le contrôleur.  La réduction des données peut être attendue à l’aide d’Excel et prête à être validée par rapport à un modèle de digesteur anaérobie 3D.

Amélioration de la détection d’intrusion basée sur la signature

L’utilisation répandue de l’approche basée sur la signature dans les systèmes modernes de détection d’intrusion (IDS) souligne l’importance de deux enjeux liés à la performance de l’approche : les exigences rigides pour le traitement des signatures et la qualité de l’ensemble de signatures. L’objectif de ce projet de recherche est d’améliorer la performance de la détection d’intrusion basée sur la signature.

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

La performance est depuis longtemps devenue une opération critique dans les systèmes de détection d’intrusion basés sur la signature. Les exigences de performance rigides sont dictées non seulement par l’augmentation des vitesses du réseau, mais aussi par l’augmentation de la complexité et de la quantité de signatures de détection d’intrusion. La découverte constante des vulnérabilités logicielles et des menaces nouvelles exige l’ajout rapide de nouvelles signatures d’attaque. Cela donne 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 de correspondance de signatures et des outils pour l’analyse de la qualité de l’ensemble de signatures.

Flux de conception assisté par ordinateur expérimental

Les réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA) sont devenus le médium de mise en œuvre privilégié pour de nombreux circuits numériques dans des domaines aussi variés que les télécommunications, la bioinformatique, les systèmes de visualisation et le traitement numérique du signal. L’un des rares domaines où les FPGA ne sont pas encore devenus omniprésents est dans les applications mobiles. Ce domaine d’application est immense; Avec l’informatique en nuage, nous nous attendons à ce que les appareils mobiles deviennent la plateforme informatique du futur. Ces appareils représenteront bien plus que le courriel et les plateformes web; Ils offriront des applications informatiques personnelles et immédiates qui aideront, guériront, informeront et renforceront l’humanité dans les 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 ce projet, nous étudierons (a) de nouvelles architectures FPGA écoénergétiques, (b) une méthode de cartographie des applications aux FPGA ayant l’énergie comme préoccupation de premier ordre, et (c) une compréhension et une démonstration de ce qui est possible dans un appareil mobile améliorée par notre plateforme programmable. Nous avons établi un partenariat avec Altera, un important fournisseur de FPGA ayant une présence importante en R&D à Toronto, qui pourrait immédiatement appliquer nos techniques pour produire de meilleurs FPGA.
Nous explorerons et développerons des algorithmes CAO sensibles à l’énergie ainsi que des outils logiciels capables de mapper les circuits aux architectures proposées dans (a). Nous mènerons un vaste effort collaboratif, s’appuyant sur [1] dont le but est de permettre l’architecture FPGA et la recherche en CAO basées sur des applications conçues au niveau Verilog HDL. Ce flux CAO comprend l’élaboration HDL, l’optimisation logique, la cartographie technologique, le clustering, le placement et le routage. Nos recherches antérieures ont identifié des méthodes écoénergétiques pour plusieurs de ces étapes [SW15; 2]; cependant, cela ne prenait pas en compte les nouveautés proposées dans la Tâche 1. De plus, nous n’avons pas envisagé l’élaboration de l’efficacité énergétique, ce qui est essentiel pour exploiter efficacement ces caractéristiques d’économie d’énergie. Les caractéristiques d’économie d’énergie d’un FPGA doivent être conçues pour être polyvalentes et adaptées au plus grand nombre d’applications possible. C’est une différence fondamentale entre réduire la consommation d’énergie dans une puce à fonction fixe et dans 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. Cependant, lors du mappage de l’application sur un FPGA, le
le concepteur doit utiliser la collection de fonctionnalités d’économie d’énergie disponibles sur le FPGA de manière judicieuse. Dans ce projet, nous chercherons des méthodes pour automatiser la traduction des besoins énergétiques de l’application vers la mise en œuvre de ces exigences en utilisant les fonctionnalités d’optimisation de puissance disponibles sur FPGA. Les méthodes seront encapsulées dans un algorithme et un outil d’élaboration de puissance.

Isolement des hémicelluloses du procédé de production de pâte dissolvante 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 composante de la pâte, qui est le produit des usines à pâte et est utilisée comme matière première principale pour la production de papier dans les papeteries. La lignine, cependant, est principalement brûlée pour fournir les besoins en chaleur des usines à pâte.

Cependant, les hémicelluloses sont conventionnellement brûlées avec la lignine dans le système de récupération de l’alcool usé par pulpe.  Puisque les valeurs thermiques des hémicelluloses sont beaucoup plus faibles que celles de la lignine dissoute dans l’alcool usé, il est largement admis que la combustion n’est pas l’utilisation économique des hémicelluloses. Les chercheurs cherchent des méthodes alternatives pour améliorer l’utilisation des hémicelluloses, ce qui augmente à son tour les revenus des usines de pâte.

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