Junior Investigator - 3 year fellowship - Innovate for Digital Frugality with Early and Coarse Sensor Data Quantization

Le programme Science Impulse, proposĂ© par CEA Tech, la Direction de la Recherche Technologique du CEA, vous offre une formidable opportunitĂ© de concrĂ©tiser vos idĂ©es et de diriger votre propre projet de recherche au bĂ©nĂ©fice de l’industrie et de la sociĂ©tĂ©.

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🎓 Qualification : PhD • 🤝 Employment type : 3 year contract • 📍 Location : Grenoble, France

Le CEA-Leti recrute un.e jeune scientifique de haut niveau, qui sera chargé.e d’apporter un nouvel éclairage à ses travaux sur la réduction drastique des données de capteurs, pour des solutions IoT frugales. Le ou la lauréat.e de cette bourse Science Impulse de 3 ans dirigera son propre projet de recherche et travaillera avec les équipes du CEA et d’autres organismes à Grenoble.

Contexte

Pour faire face au déluge de données et éviter les conséquences écologiques dramatiques qu’aurait leur expansion irréfrénée, la communauté du traitement des données se tourne désormais vers la sobriété numérique. Les systèmes embarqués devront être moins gourmands en énergie et en mémoire, mais aussi reposer sur des matériels et des logiciels beaucoup plus simples.

Cela pose de nouvelles questions de recherche tout au long de la chaîne d’acquisition et de traitement des données. Parmi ses stades les plus énergivores figurent le traitement analogique et la conversion analogique-numérique, à moindre titre, suivis par le stockage, le traitement numérique et le transfert de signal, à des niveaux plus élevés.

La quantification fruste des données consiste à simplifier à l’extrême la conversion analogique-numérique pour obtenir, dans le meilleur des cas, un signal logique (avec une profondeur de 1 bit). On utilise ainsi une électronique analogique beaucoup plus simple cherchant à supprimer le bruit, plutôt qu’à renvoyer un signal haute fidélité. Le signal obtenu est léger, facile à traiter et à transmettre. Mais quelle information peut-il véhiculer ? C’est la question que devra résoudre cette recherche.

Portée et applications

Les études mathématiques ont montré qu’on peut extraire des informations de phase et de fréquence à partir de signaux vibratoires et acoustiques à faible variabilité pour en détecter les anomalies. Les machines et l’électronique de puissance utilisées par l’industrie émettent ce type de signaux. Mais les applications potentielles ne se limitent pas aux usines. La recherche dans les biotechnologies, le traitement de l’image, les capteurs optiques et chimiques et l’intelligence artificielle embarquée pourraient s’en servir pour développer des appareils portables et toucher un marché plus large. Le défi consiste à quitter les mathématiques pour passer à la mise en œuvre réelle.

Ce projet vise à développer un démonstrateur ultra-basse consommation capable de détecter des récurrences ou des anomalies dans les signaux sonores ou vibratoires émis par l’usure des paliers, des engrenages ou des courroies, cle vieillissement des condensateurs dans l’électronique de puissance et — plus inhabituel —ales pas des animaux ou leurs battements d’ailes dans la forêt. Le projet défrichera de nouveaux territoires en traitement embarqué co-optimisé pour le matériel. Parmi les applications potentielles, citons les composants ultra-basse consommation et l’IoT frugal et industriel pour la maintenance prédictive, l’imagerie et l’agriculture de précision.

Job description

Le CEA-Leti recherche un ou une jeune scientifique expérimenté.e ayant une expertise en traitement embarqué, en mathématiques et en architecture des circuits, qui aurait envie de contribuer aux solutions de traitement parcimonieux des données de capteurs comme l’acquisition comprimée. Le projet supposera de concevoir des bancs d’essais mécaniques et/ou électroniques, un processeur et un circuit logique. Le ou la candidat.e retenu.e devra tenir compte des contraintes de conception des circuits dans ses choix de traitement. Idéalement, il ou elle concevra un circuit en vue de sa mise en œuvre sur FPGA. Diverses approches de codéveloppement matériel-logiciel seront explorées.

Le ou la candidat.e sélectionné.e sera affecté.e au Laboratoire Autonomie et Intégration de Capteurs. Ce laboratoire conçoit des systèmes et fonctions électroniques innovants, ainsi que des solutions d’intégration (notamment d’autonomie et de communication) pour les utilisateurs finaux des solutions IoT dans l’industrie manufacturière, l’aéronautique, les biens de consommation et d’autres secteurs.

La personne retenue aura accès à des plateformes matérielles et logicielles de pointe pour le dimensionnement, la caractérisation et la simulation multiphysique des systèmes électroniques ultra-basse consommation. Elle travaillera avec les experts du CEA-Leti spécialisés en systèmes et puces embarqués (processeurs et FPGA), acquisition de signaux de fréquence – ultrasons, audio et vibrations –, systèmes ultra-basse consommation pour la récupération d’énergie, et traitement du signal.

Le ou la jeune scientifique recruté.e collaborera avec tous les acteurs de la chaîne de valeur, des concepteurs de composants du CEA-Leti jusqu’aux entreprises de R&D partenaires. Il ou elle assumera la direction d’un projet de recherche répondant aux objectifs scientifiques du laboratoire d’accueil. Il ou elle se coordonnera avec les experts susceptibles d’ajouter de la valeur au projet. La contribution attendue étant transversale, une capacité avérée à travailler dans un environnement pluridisciplinaire et multi-projets est demandée.

Biblio references

  • Compressed and quantized correlation estimators, AG Zebadua et al., IEEE Transactions on Signal Processing, 2016
  • Compressive Classification Based on One-Bit Measurements, Q Liu et al., 2019 IEEE/CIC International Conference on Communications, 2019
  • Performance limits of one-bit compressive classification, W Xu et al., Signal Processing, 2021

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