With the recent development of reliable autonomous technologies for small unmanned air vehicles (UAVs), the algorithms utilizing teams of these vehicles are becoming an increasingly important research area. Unfortunately, there is no unified framework into which all (or even most) cooperative control problems fall. Five factors that affect the development of cooperative control algorithms are objective coupling, communication, completeness, robustness, and efficiency. We classify cooperative control algorithms by these factors and then present three algorithms with application to target and perimeter surveillance and a method for decentralized algorithm design. The primary contributions of this research are the development and analysis of decentralized algorithms for perimeter and target surveillance. We pose the cooperative perimeter surveillance problem and offer a decentralized solution that accounts for perimeter growth (expanding or contracting) and insertion/deletion of team members. By identifying and sharing the critical coordination information and by exploiting the known communication topology, only a small communication range is required for accurate performance. Convergence of the algorithm to the optimal configuration is proven to occur in finite-time. Simulation and hardware results are presented that demonstrate the applicability of the solution. For single target surveillance, a team of UAVs angularly spaced (i.e. in the splay state configuration) provides the best coverage of the target in a wide variety of circumstances. We propose a decentralized algorithm to achieve the splay state configuration for a team of UAVs tracking a moving target and derive the allowable bounds on target velocity to generate a feasible solution as well as show that, near equilibrium, the overall system is exponentially stable. Monte Carlo simulations indicate that the surveillance algorithm is asymptotically stable for arbitrary initial conditions. We conclude with high fidelity simulation and actual flight tests to show the applicability of the splay state controller to unmanned air systems.

Dans le cadre des études sur le contrôle électronique de molécules individuelles pour l'électronique mono-moléculaire, ce travail de thèse aborde la problématique du transfert de charges à l'échelle atomique. Les études, utilisant un microscope à effet tunnel (STM), ont été menées de manière privilégiée sur la surface de silicium (100) hydrogénée à basse température (5K). Ce travail démontre la possibilité d'activer à distance un bistable atomique, composé d'un dimère de silicium portant un unique atome d'hydrogène. La manipulation atomique s'effectue grâce à un transfert de charges au travers des états de surface du Si:H (dopage de type n). Ces résultats montrent l'importance d'un contrôle à l'échelle atomique de la zone de contact entre les lignes atomiques considérées et le bistable. Par ailleurs, il a été observé que suivant la nature du dopage le bistable atomique présente différents états de charge. En particulier, sur un substrat de type p, il est possible de modifier l'état de charge de la liaison pendante d'un état neutre à un état chargé négativement et ce de manière réversible. D'autre part, cette thèse présente des résultats préliminaires sur des systèmes qui permettront d'étudier le transfert de charges entre deux molécules. Ce processus peut être envisagé de deux façons: soit en rapprochant deux molécules de sorte que la charge injectée par l'intermédiaire d'une pointe STM dans l'une des molécules puisse être transférée à une molécule voisine; soit en utilisant un polymère conducteur comme support au transfert de charges afin de permettre l'activation d'une fonction moléculaire chimiquement liée au polymère.