Systems safety and reliability
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Blockchain au service de l'énergie transactionnelle

La prolifération de micro-producteurs d'énergie électrique ainsi que la part croissante des énergies renouvelables dans le mix énergétique constituent à la fois une opportunité pour la collectivité et un défi de taille pour les exploitants du réseau. L'infrastructure actuelle fonctionne selon le principe du « copper plate » qui ne met pas de limitations au marché : l'offre est adaptée à la demande. Afin de pouvoir profiter au mieux des possibilités offertes par la fragmentation de la production, il va falloir changer de paradigme ; il s'agit désormais de revoir le modèle d'affaires et les infrastructures techniques pour adapter au mieux la demande à l'offre.
La technologie actuelle permet de mettre en 'uvre des moyens pour valider les micro-transactions entre fournisseurs traditionnels et clients-producteurs dont le nombre croissant est stimulé par la baisse des coûts des technologies de production individuelles.
Le concept de « Transactive Energy » combine les aspects économiques et les techniques de contrôle pour améliorer l'efficience et la fiabilité d'un système de distribution d'énergie [1]. Cette idée s'inscrit dans l'évolution « Smart » qui touche de nombreux aspects du fonctionnement de notre société (Smart Building, Smart City, Smart Transport, Smart Grid, etc.)
La technologie du « Blockchain » permet de garantir l'authenticité de transactions électroniques dans un concept de base de données répartie. Les crypto-monnaies en sont une application actuellement répandue sur Internet [2]. Récemment l'écosystème des crypto-monnaies a été étendu pour inclure la notion de «Smart Contracts» [3] qui amène la possibilité d'assurer l'intégrité des opérations échangées par l'ensemble des acteurs. Cette nouvelle propriété de certains « Blockchains » ouvre des possibilités multiples dans plusieurs domaines industriels. Spécifiquement, son application est très prometteuse pour les transactions monétaires associées à la remise en réseau d'une partie de l'électricité produite localement de façon répartie.
Dans le cadre de ce projet, il s'agit de déterminer si les «Smart Contracts » sont utilisables dans le contexte du « Transactive Energy » et d'en concevoir des cas d'application pouvant être mis en 'uvre dans le concept du « Smart Grid /Micro Grid » et des nouvelles relations contractuelles qui vont en découler [4].
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Analyses de sécurité fonctionnelles de la navette "Marly"

Les Transports publics fribourgeois (TPF) en collaboration avec le Marly Innovation Center (MIC), la Commune de Marly, l'Agglomération de Fribourg et l'Etat de Fribourg lancent un projet pilote de navette autonome afin de relier le quartier du MIC au réseau des TPF. Ce projet pilote a pour but, dans un premier temps, de transporter les pendulaires sur leur lieu de travail. Il permettra ensuite aux habitants d'être connectés au réseau de transport public urbain. La navette autonome garantit un accès au réseau pour les quartiers isolés, les variantes conventionnelles étant trop onéreuses. De plus, Navya permet de tester à court terme la desserte du dernier kilomètre.

En Suisse il n'y a actuellement aucune loi qui permet d'autoriser l'exploitation d'un véhicule autonome sur les routes publiques. La navette des TPF aura besoin d'une autorisation nationale qui permet d'exploiter la navette sans aucune assistance (sans conducteur) sur une route publique, car avec un conducteur, les navettes autonomes ont un intérêt économique limité. En plus la technologie des véhicules autonomes est unanimement considérée comme une technologie d'avenir et la Confédération, en décembre 2016, a rendu public un rapport encourageant les opérateurs de transport publics et les personnes concernées en Suisse à s'intéresser et à réfléchir au changement de paradigme induit de cette technologie et à ses conséquences.

Les véhicules autonomes sont associés aux nouveaux dangers comparés aux véhicules classiques. Les risques sont dus au fait que le système doit remplacer la décision de conducteur. Cette approche est très efficace sous la condition qu'on s'assure de la fonctionnalité du système d'une manière sécurisée et sûre (secure and safe). Afin de résoudre ce défi, l'Organisation internationale de normalisation(ISO) a proposé la norme ISO 26262. L'ISO 26262 « Véhicules routiers - Sécurité fonctionnelle » est une norme ISO émergente pour les systèmes de sécurité pour tout type de véhicules routiers à moteur.

Les objectifs de ce projet sont divisés en deux parties : La première partie est d'analyser la navette TPF selon la norme ISO 26262. Le résultat de cette analyse est de définir un niveau de sécurité pour ce genre de véhicule ainsi qu'une procédure d'évaluation de ce niveau de sécurité (fonctionnelle et informatique). La deuxième partie se concentre sur le développement d'un cadre juridico-légal en tenant compte des résultats fournit par la première partie.
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ROSAS - MIL-TeB (Model-In-the Loop simulation Test Bench) NPR

Le centre de compétence ROSAS de l'institut iSIS/HEIA-FR fait partie de la plateforme technologique Innosquare du quartier d'innovation blueFACTORY et a comme but de s'établir en tant que centre de compétence unique en Suisse pour le développement de systèmes robustes, sûrs et sécurisés. Les co-requérants de ce projet sont les partenaires stratégiques de ROSAS: Liebherr Machines Bulle SA, Meggitt SA et Johnson Electric International AG.

Un domaine de recherche de ROSAS est la conception basée sur des modèles (MIL ' Model-In-the-Loop) qui est principalement utilisée dans les domaines de l'industrie électronique et de logiciel. L'atout majeur de cette méthodologie de développement est la détection précoce des erreurs de conception ce qui permet de réduire le nombre d'itérations de design, voire même de les éviter. La conception à base de modèles (MIL) peut ainsi contribuer à des réductions massives de coûts dans le développement de systèmes complexes et critiques en termes de sécurité.

Aujourd'hui les exigences relatives à la sécurité augmentent continuellement avec les nouvelles réglementations et normes et les systèmes associés deviennent de plus en plus complexes. Il devient nécessaire pour les trois partenaires stratégiques de ROSAS de compléter l'analyse de sécurité traditionnelle avec une approche innovante à base de modèles (MIL) qui permet d'identifier le comportement de défaillance le plus tôt possible pendant la phase de conception.

L'objectif de ce projet est le développement d'un banc de test qui permet de faire des simulations précoces du comportement des systèmes dans les situations fonctionnelles et dysfonctionnelles, à l'aide de modèles du fonctionnement de l'électronique et des logiciels embarqués permettant l'injection de fautes. Pour ceci il faut adapter le processus de développement de système traditionnel (p.ex. selon le modèle «V») à ces exigences communes pour le développement de technologies innovantes, et développer les outils nécessaires pour modéliser et analyser le comportement du système sur la base de modèles qualitatifs.

À l'aide du soutien de ce projet par le NPR, le centre de compétences ROSAS et ses partenaires industriels franchissent un nouveau pas stratégique, positionnant ROSAS au niveau national et international pour les développements de systèmes fiables à l'aide de la simulation à base de modèles. C'est un pas important dans la direction de son axe stratégique pour la réalisation d'un laboratoire «xIL-Lab» unique en Suisse qui permettra d'effectuer des simulations à base de modèles «in-the-loop» pour qualifier le comportement régulier et en particulier aussi de défaillance des applications de systèmes critiques avec le but ultime d'intégrer un logiciel «Software In-the-Loop» (SIL) et du matériel «Hardware In-the-Loop» (HIL) dans le développement du système.

De plus grâce à l'emplacement idéal de blueFACTORY, l'innovation du canton de Fribourg se trouve renforcée avec des compétences et du savoir-faire dans ce domaine. En améliorant le processus de développement, les erreurs de conception diminuent, réduisant ainsi le time-to-market de nouveaux produits des partenaires stratégiques de ROSAS, ce qui leur permet de rester compétitifs sur le marché.
Embedded and connected systems
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Alimentation auxiliaire à haute tension d'isolation pour convertisseurs modulaires destinés à l'intégration d'énergie renouvelables au niveau moyenne tension dans les réseaux de distribution flexibles

Actuellement l'ensemble de la planète et notamment les pays européens sont tous confrontés aux problématiques des ressources énergétiques, le pétrole et le charbon sont des ressources limitées, la volonté politique de sortir du nucléaire sous la forme des réacteurs actuels nécessite l'augmentation de la production d'énergies renouvelables. Cette évolution de la production d'énergie induit de nouvelles contraintes au niveau de la gestion des réseaux de distribution électriques. Le réseau est amené à gérer des flux d'énergie qui ne sont plus unidirectionnels du fait que la production d'énergies renouvelables peut être insérée en de multiples points du réseau. L'injection de forte puissance sur les parties basse tension du réseau de distribution peut provoquer des surcharges pour les lignes et les transformateurs du réseau. Afin d'éviter ces problématiques de surcharges, l'injection de forte puissance sur le réseau est aujourd'hui privilégiée au niveau du réseau moyenne tension. Cette flexibilisation des réseaux de distribution d'énergie électrique passe par des convertisseurs de type multi-niveaux et modulaires capables de travailler sous des tensions bien supérieures aux tensions de blocages classiques des semi-conducteurs
L'alimentation des auxiliaires de ce type de convertisseurs est un enjeu à part entière. En effet, il s'agit de fournir une faible puissance à un grand nombre de modules sous une tension de fonctionnement élevée (10kV) en garantissant une redondance au système.
Les solutions actuelles utilisent soit des transformateurs d'isolation qui sont chers et encombrants ou une boucle de courant dont l'installation et la maintenance sont peu aisés.
La solution proposée dans ce projet est de réaliser des alimentations à l'aide de transformateurs planaires qui utilisent le substrat du circuit imprimé pour garantir l'isolation électrique entre le primaire et le secondaire. Cette technique permettra également d'intégrer l'ensemble de l'alimentation sur le même support. Cette solution permettra de réduire le poids, l'encombrement et le prix de réalisation.
Dans le cadre de ce projet, l'étude des propriétés réelles des substrats sera un des fondamentaux, afin d'identifier les matériaux les plus adaptés au fonctionnement en moyenne tension. Différents designs de circuits seront simulés et évalués en test pour des tensions de fonctionnement à 12kV DC et AC. Finalement des tests en situation de fonctionnement réel dans un convertisseur moyenne tension seront effectués afin de valider le comportement lors de transitions appliquant de fortes variations de tension en un temps très court (dV/dt).
Il existe une opportunité de créer un produit innovant qui réponde à un réel besoin de l'industrie, mais également des laboratoires de recherche. C'est un élément essentiel qui permettra de faciliter le développement des convertisseurs modulaires pour les réseaux de moyenne tension et de contribuer ainsi à une intégration plus aisée des énergies renouvelables.
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CTI UbiMent

The goal of this project is the development of a universal positioning system used for improving the performance of an existing augmented reality platform and for making its usage ubiquitous, especially for indoor application. The development of this positioning system will enable a much improved user experience by allowing the content provided to the user to be much more relevant and contextualized.

Obtaining an accurate and efficient estimate of both a user's position and orientation is still an unsolved problem, particularly for indoor applications. The research endeavor aims at finding a common framework for representing and jointly exploiting the structure of measurements obtained from different sensing technologies by means of aggregating and fusing data obtained from multiple systems. This requires the development of unique and novel algorithms and the development of a unified framework for making the visitor's position and orientation known in all situations and under different constraints.

Actors in the fields of museums, showrooms and tradeshows are developing solutions for making their venues more attractive to visitors by providing exclusive experiences which are not possible online. This will help them to increase the number of visitors, who are today inclined to choose online solutions for accessing content and for selecting and purchasing goods.

Vidinoti is developing a solution that allows its clients to create a highly interactive environment available to visitors of different types of venues.
One important strength of the solution is its ability to deliver relevant and contextual information to the visitor, possibly using augmented reality techniques. The goal of this project is to extend the capabilities of Vidinoti's solution by making this information even more relevant and contextual by using a precise estimate of the user's position and orientation in the venue, with a minimal impact on the required infrastructure
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NPR LPWAN - VPN

Les buts de ce projet sont l'analyse, la conception et le développement d'un réseau de télécommunication privée, applicable au domaine de la distribution de l'énergie et d'une utilisation plus rationnelle de celle-ci. L'infrastructure développée sera basée sur un réseau à longue distance et à basse consommation, qui permettra aux entreprises partenaires de garantir la fiabilité et la sécurité de leur système ainsi que la confidentialité des données traitées.
Les applications liées à la distribution de l'énergie et à une utilisation plus rationnelle de celle-ci reposent au-jourd'hui sur des services en ligne permettant la mise en commun des ressources requises. Le déploiement de ces services requiert obligatoirement une infrastructure de télécommunication à la fois économe en énergie, efficace, sécurisée, économiquement viable et assurant la confidentialité des données.

Ce domaine d'activités étant en plein expansion, un grand nombre de technologies de télécommunication dédiées à ce type d'applications voient le jour. Les caractéristiques principales de ces technologies sont d'être sans fil (« Wi-reless »), à basse consommation (« Low Power ») et à longue portée (« Long Range »). Un atout supplémentaire de certaines d'entre elles est de permettre la mise en place d'un réseau de communication aussi bien au niveau d'un bâtiment ou d'un quartier qu'au niveau national, sans nécessiter de modification importante de l'infrastructure et donc à moindre coût.
Le premier objectif de ce projet est d'établir une liste de critères s'appliquant aux cas d'utilisation visés et d'appliquer ces critères à un ensemble de technologies à analyser, parmi lesquelles nous pouvons mentionner Lo-RA, Sigfox, Symphony Link et IP500. Un choix sera effectué en faveur de la technologie correspondant le mieux aux critères établis, et un prototype permettant le déploiement d'une infrastructure de télécommunication au niveau d'un bâtiment ou d'un quartier sera ensuite conçu et développé.
Ce système permettra aux partenaires du projet une mise en 'uvre utilisant l'infrastructure d'accès existante au ni-veau du quartier ou du bâtiment et ainsi de pouvoir déployer leurs services de manière efficace, économiquement attractive et en assurant la confidentialité des données. Disposer d'un tel système facilitera le déploiement de nou-veaux services et abaissera les coûts de mise en 'uvre et d'exploitation de ces services, ceci dans un environne-ment extrêmement compétitif.

Ce projet s'inscrit dans le domaine du bâtiment et du réseau de distribution intelligents, thématique importante dans le cadre du projet BlueFactory.
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SpikeOnChip: Analyse on-line et on-chip d'activité neuronale

The last decade has witnessed a renewed interest for in vitro approaches in the fields of drug discovery and
toxicity testing. One very promising approach is the use of engineered human neural tissue fabricated from iPS
cells. To ensure the rapidity of the tests in neural tissues the traditional chemical, cytosolic and histologic read-
outs have been replaced by an electrophysiological read-out, i.e. the recording of the electrical activity of
neurons using smart Petri dishes that incorporate electrode arrays. A big challenge for recording such activity
is the very large amount of data generated by the electrode arrays, resulting in cumbersome and long data
analysis to be performed in order to get the final experimental results, and the reliability of the systems.
Within this context, the aim of the SpikeOnChip project is to develop a platform for efficient processing and
storage of neuronal spike activities. It will not only offer recording of observed electrodes (up to 64), but also
an on-chip analysis that will allow to reduce the quantity of data by a factor of 20x, by selecting only the
interesting portions. The platform will be based on a ZedBoard embedding a Zynq (FPGA + ARM processor in
one die). This data reduction will allow to save memory, and as a result allow the system to run autonomously
for a longer period of time. Connection will be supplied by a Wifi link in order to transfer data to a PC, however
gaining autonomy will imply a more reliable system in the sense that if the connection is lost at some point,
data can be stored for up to 3 hours without losing any important information.
Data acquisition will be done by an Intan chip that translates raw voltages from the electrode array onto serial
digital data that is sent to an FPGA. The processing performed on-chip will consist in signal filtering of the raw
data, spike detection, noise rejection, and field potential frequency analysis.
Finally a software will also be developed so as to let a user control the embedded platform and to visualize the
analysis results.
This project will imply a validation stage, performed by biologists, to ensure the system not only works with
respect to the specifications, but is also usable by end users.
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e-sis : Cost effective digital Breast Cancer Screening System

e-SIS project plans to develop the modern digital breast cancer screening system with the concept of cloud computing technologies. The system will integrate the digital transport system and be scalable and adaptive to target EU and Middle East markets.

Budget of the whole project : 2'000'000 ' / HES-SO : 178'000 '

Description:
According to European guidelines women over 50 years old should perform a screening mammography every two years. The mammography is performed in a Radiology Center and read on dedicated Workstations by two different Radiologists. In case, the diagnostics of the two radiologists do not match an additional reading is performed by a third radiologist. The women are then informed of the final diagnostic within a period of two weeks after the exam. The potential market for integrated and digitalised systems is large in Europe and in Middle East countries. Typically countries like France (which CDI is following up) are expected to study a path to the digital file in the next years.
Founded in 1994 as an ICT development and consulting company, CDI emerged as the technical leader of ICT systems in the area of Breast Cancer Screening. Today, CDI is positioned first on the Swiss market, which is at the forefront of Breast Cancer Screening Programs, following the national guidelines

This system developed by CDI allows a complete digitalisation of the file associated to the women participating in the Swiss Breast Cancer Screening Program.
This file contains:
- identification data,
- participation information (invitations, etc.),
- medical reading result data as well as
- screening mammographies produced in radiology center.

Commande numérique ultra-compacte à très hautes performances pour micromachines d'usinage de précision

Le pilotage d'une micro-machine d'usinage requiert une commande numérique beaucoup plus compacte que ce qui existe actuellement, et offrant des caractéristiques nouvelles. En particulier, il est nécessaire de disposer d'une architecture de commande ouverte, permettant facilement d'intégrer des modèles mathématiques dans la chaîne de contrôle, afin de compenser les défauts de comportement mécanique résultant des compromis au niveau de la taille de la machine. De plus une telle commande numérique doit travailler avec une période d'échantillonnage nettement plus élevée que les standards actuels, pour tenir compte du comportement dynamique d'une micromachine.

Les systèmes numériques ont fait des avancées majeures les dernières années, qui se traduisent par la disponibilité sur le marché de cartes à processeurs à très bas coût et offrant une puissance de calcul élevée. La mise en 'uvre de tels systèmes à hautes performances permet également de tirer parti de nouvelles méthodes de génération de trajectoires, plus intensive en volumes de calcul, mais ouvrant la porte à des innovations dans le domaine de la commande qui sont décisives pour les performances finales des machines.

Ce projet vise à développer une commande numérique compacte, ouverte et à haute performance, en tirant parti des avancées considérables du domaine des systèmes numériques et des possibilités nouvelles permises par les architectures orientées objet appliquées au domaine temps-réel.

Outre sa mise en 'uvre dans le cadre du projet de développement de micromachine de la HES-SO, ce projet permettra de construire une plateforme ouverte pour la recherche appliquée dans le domaine de la commande numérique, et ainsi de renforcer l'innovation et les collaborations dans ce domaine avec le tissu économique suisse.
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