Les promesses de la médecine de précision dépendent de nouvelles solutions technologiques pour le diagnostic. Dans l’aire post-génomique, les approches de biologie synthétique pour la médecine apportent de nouvelles façon de sonder, monitorer et interfacer la physiopathologie humaine. Émergeant en tant que champ scientifique mature dont la transition clinique s’accélère, la biologie synthétique peut être utilisée pour appliquer des principes d’ingénierie afin de concevoir et construire des systèmes biologiques comprenant des spécifications cliniques. Une application particulièrement intéressante est de développer des outils diagnostiques polyvalents, programmables et intelligents étroitement interconnectés avec la thérapie. Cette thèse présente de nouveaux concepts et approches d’ingénierie pour concevoir des dispositifs biosynthétiques capable d’interfacer les maladies humaines dans des échantillons cliniques en exploitant du traitement de signal au niveau biomoléculaire, à la lumière d’un besoin croissant en termes de capacités et de robustesse. Cette thèse s’intéresse en premier lieu à l’ingénierie de circuits synthétiques de gènes, reposant sur les portes logiques à integrases, pour intégrer des opérations modulaires et programmables de biodétéction de biomarqueur associées à des algorithmes de décisions au sein de population de bactéries. Elle s’intéresse ensuite à des méthodologies systématiques dites bottom-up, pour programmer des protocellules synthétiques microscopiques, capables d’exécuter des opérations de biodétéction médicale et de biocomputation. Nous décrivons le développement de méthodes simples de fabrications microfluidique associées à des solutions pour implémenter des opérations Booléenne complexes en utilisant de circuits biochimiques synthétiques. Cette contribution s’élargit aussi à la caractérisation de l’espace de conception de protocellules à l’aide d’approches de design assisté par ordinateur, ainsi que à l’analyse de preuves mathématiques et biologiques pour l’utilisation de protocellules comme des dispositifs universels de calcul. L’articulation des principes biologiques fondamentaux avec les implications médicales concernant les dispositifs biosynthétiques développés dans ce travail, a été jusqu’à la validation clinique, et initie de nouveaux modèles pour le développement de diagnostics de nouvelle génération. Ce travail prévoit que la biologie synthétique est en train de préparer le future de la médecine, en supportant et accélérant le développement de diagnostics avec de nouvelles capacités, apportant un progrès biotechnologique direct depuis le laboratoire de biologie clinique jusqu’au patient. / The promise for real precision medicine is contingent on novel technological solutions to diagnosis. In the post-genomic era, synthetic biology approaches to medicine provide new ways to probe, monitor and interface human pathophysiology. Emerging as a mature field increasingly transitioning to the clinics, synthetic biology can be used to apply engineering principles to design and build biological systems with clinical specifications. A particularly tantalizing application is to develop versatile, programmable and intelligent diagnostic devices closely interconnected with therapy. This thesis presents novel engineering concepts and approaches to design synthetic biological devices interfacing human diseases in clinical samples through biomolecular digital signal processing, in light of a need for dramatic improvements in capabilities and robustness. It addresses primarily the engineering of synthetic gene circuits through integrase based digital genetic amplifiers and logic gates, to integrate modular and programmable biosensing of biomarkers and diagnostic decision algorithms into bacteria. It then investigates systematic bottom-up methodologies to program microscale synthetic protocells performing medical biosensing and biocomputing operations. We demonstrate streamlined microfluidic fabrication methods and solutions to implement complex Boolean operation using integrated synthetic biochemical circuits. This contribution also extends to the characterization of protocell design space through novel computer assisted design frameworks, as well as the analysis of mathematical and biological evidence for universal protocellular biocomputing devices. The articulation of biological governing principles and medical implications for the synthetic devices developed in this work was further validated in the clinic, and initiates new models towards next-generation diagnostics. This work envisions that synthetic biology is preparing the future of medicine, supporting and speeding up the development of diagnostics with novel capabilities to bring direct improvement in biotechnologies from the clinical lab to the patient.

La gestion de projets complexes nécessite d’orchestrer la coopération de centaines de personnes provenant de diverses entreprises, professions et compétences, de travailler sur des milliers d'activités, livrables, objectifs, actions, décisions et risques. En outre, ces nombreux éléments du projet sont de plus en plus interconnectés, et aucune décision ou action n’est indépendante. Cette complexité croissante est l'un des plus grands défis de la gestion de projet et l'une des causes de l'échec du projet en termes de dépassements de coûts et des retards. Par exemple, dans l'industrie automobile, l'augmentation de l'orientation du marché et de la complexité croissante des véhicules a changé la structure de gestion des projets de développement de nouveaux véhicules à partir d'une structure hiérarchique à une structure en réseau, y compris le constructeur, mais aussi de nombreux fournisseurs. Les dépendances entre les éléments du projet augmentent les risques, car les problèmes dans un élément peuvent se propager à d'autres éléments qui en dépendent directement ou indirectement. La complexité génère un certain nombre de phénomènes, positifs ou négatifs, isolés ou en chaînes, locaux ou globaux, qui vont plus ou moins interférer avec la convergence du projet vers ses objectifs.L'objectif de la thèse est donc de réduire les risques associés à la complexité des projets véhicules en augmentant la compréhension de cette complexité et de la coordination des acteurs du projet. Pour ce faire, une première question de recherche est de prioriser les actions pour atténuer les risques liés à la complexité. Puis, une seconde question de recherche est de proposer un moyen d'organiser et de coordonner les acteurs afin de faire face efficacement avec les phénomènes liés à la complexité identifiés précédemment.La première question sera abordée par la modélisation de complexité du projet en analysant les phénomènes liés à la complexité dans le projet, à deux niveaux. Tout d'abord, une modélisation descriptive de haut niveau basée facteur est proposé. Elle permet de mesurer et de prioriser les zones de projet où la complexité peut avoir le plus d'impact. Deuxièmement, une modélisation de bas niveau basée sur les graphes est proposée. Elle permet de modéliser plus finement les éléments du projet et leurs interdépendances. Des contributions ont été faites sur le processus complet de modélisation, y compris l'automatisation de certaines étapes de collecte de données, afin d'augmenter les performances et la diminution de l'effort et le risque d'erreur. Ces deux modèles peuvent être utilisés en conséquence; une première mesure de haut niveau peut permettre de se concentrer sur certains aspects du projet, où la modélisation de bas niveau sera appliquée, avec un gain global d'efficacité et d'impact. Basé sur ces modèles, certaines contributions sont faites pour anticiper le comportement potentiel du projet. Des analyses topologiques et de propagation sont proposées pour détecter et hiérarchiser les éléments essentiels et les interdépendances critiques, tout en élargissant le sens du mot polysémique "critique".La deuxième question de recherche sera traitée en introduisant une méthodologie de « Clustering » pour proposer des groupes d'acteurs dans les projets de développement de nouveaux produits, en particulier pour les acteurs impliqués dans de nombreuses interdépendances liées aux livrables à différentes phases du cycle de vie du projet. Cela permet d'accroître la coordination entre les acteurs interdépendants qui ne sont pas toujours formellement reliés par la structure hiérarchique de l'organisation du projet. Cela permet à l'organisation du projet d’être effectivement plus proche de la structure en « réseau » qu’elle devrait avoir. L'application industrielle aux projets de développement de nouveaux véhicules a montré des résultats prometteurs pour les contributions aux deux questions de recherche. / The management of complex projects requires orchestrating the cooperation of hundreds of individuals from various companies, professions and backgrounds, working on thousands of activities, deliverables, and risks. As well, these numerous project elements are more and more interconnected, and no decision or action is independent. This growing complexity is one of the greatest challenges of project management and one of the causes for project failure in terms of cost overruns and time delays. For instance, in the automotive industry, increasing market orientation and growing complexity of automotive product has changed the management structure of the vehicle development projects from a hierarchical to a networked structure, including the manufacturer but also numerous suppliers. Dependencies between project elements increase risks, since problems in one element may propagate to other directly or indirectly dependent elements. Complexity generates a number of phenomena, positive or negative, isolated or in chains, local or global, that will more or less interfere with the convergence of the project towards its goals. The thesis aim is thus to reduce the risks associated with the complexity of the vehicle development projects by increasing the understanding of this complexity and the coordination of project actors. To do so, a first research question is to prioritize actions to mitigate complexity-related risks. Then, a second research question is to propose a way to organize and coordinate actors in order to cope efficiently with the previously identified complexity-related phenomena.The first question will be addressed by modeling project complexity and by analyzing complexity-related phenomena within the project, at two levels. First, a high-level factor-based descriptive modeling is proposed. It permits to measure and prioritize project areas where complexity may have the most impact. Second, a low-level graph-based modeling is proposed, based on the finer modeling of project elements and interdependencies. Contributions have been made on the complete modeling process, including the automation of some data-gathering steps, in order to increase performance and decrease effort and error risk. These two models can be used consequently; a first high-level measure can permit to focus on some areas of the project, where the low-level modeling will be applied, with a gain of global efficiency and impact. Based on these models, some contributions are made to anticipate potential behavior of the project. Topological and propagation analyses are proposed to detect and prioritize critical elements and critical interdependencies, while enlarging the sense of the polysemous word “critical."The second research question will be addressed by introducing a clustering methodology to propose groups of actors in new product development projects, especially for the actors involved in many deliverable-related interdependencies in different phases of the project life cycle. This permits to increase coordination between interdependent actors who are not always formally connected via the hierarchical structure of the project organization. This allows the project organization to be actually closer to what a networked structure should be. The automotive-based industrial application has shown promising results for the contributions to both research questions. Finally, the proposed methodology is discussed in terms of genericity and seems to be applicable to a wide set of complex projects for decision support.

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Cross-Eye (CE) jamming is a technique aimed at inducing false target angles in radar measurements. The potential to deceive monopulse radar, a radar type commonly used due to its angular accuracy and resilience against jamming, has captured the interest of Electronic Warfare (EW) system manufacturers. CE jamming may increase the capability of self-defense against radar guided missiles. In this thesis, a CE jammer, based on the retrodirective channel design, for use in an EW systems is modeled and analyzed. The focus of the analysis is on the non-reciprocal Active Electronically Scanned Arrays (AESA). An electrical model of the jammer system and the AESA, including variations in the electrical properties, together with three different system correction methods are used. A simulation procedure, using single frequency (CW) signals, is defined and used for estimating total level of reciprocity, which is a primary contributor to jammer performance. Reciprocity error sensitivity for variations in model parameters is simulated to indicate which AESA aspects are essential for performance. Further, the influence of characterization and calibration noise is investigated. The usability of the model is demonstrated in different types of simulations, which highlights the differences between the system correction methods. Simulations show that a relatively high level of reciprocity can be achieved when using system correction, if measurement noise and model limitations are disregarded. The expected degradation in reciprocity from differences in electrical properties between the reception and transmission branch of the AESA has been confirmed. The effect of characterization and calibration noise, for realistic levels of noise, seems to be a dominating factor in the total reciprocity error. A significant increase in reciprocity error can likely be expected when non-CW signals are used and when realistic levels of noise and non-linear effects are added. / Cross-eye (CE) är en störprincip som har potential att inducera vinkelmätfel i radar. Dess möjlighet att störa monopulsradar, en vanligt förekommande typ av radar som är motståndskraftig mot många störformer, har skapat ett intresse för metoden hos tillverkare av system för elektronisk krigföring (EW-system). Användning av CE störning i ett EW-system skulle kunna öka möjligheten till självskydd vid attack från en monopulsradarstyrd robot. Avhandlingen analyserar en modell av en retrodirektiv CE störare som är avsedd för integration i ett multifunktionellt EW-system. Fokus i analysen är på de aktiva gruppantennerna (AESA) som används i systemet. En elektrisk modell av systemet används, vilken inkluderar variationer i parametrar hos AESA samt tre olika systemkorrektionsmetoder. En simuleringsprocedur som ger möjlighet att uppskatta reciprocitetsfel och känslighet för parametervariationer i AESA är definierad. Vidare undersöks inverkan av karaktäriserings och kalibreringsbrus. Modellens användningsområden visas i olika typer av prestandasimulering där effekter av de olika systemkorrektionsmetoderna tydliggörs. Simuleringsresultat för enkelfrekvens (CW) signaler visar en relativt hög nivå av reciprocitet om brus och olinjäriteter ignoreras. Det förväntade resultatet, att elektriska skillnader mellan mottagar- och sändargrenarna orsakar en försämring i reciprocitet, bekräftas. Inverkan av karaktäriserings och kalibreringsbrus verkar vara en dominerande faktor i det totala reciprocitetsfelet då rimliga brusnivåer används. En signifikant höjning av reciprocitetsfelet kan sannolikt förväntas då signaler med en viss bandbredd används och då rimliga nivåer av brus samt olinjäriteter inkluderas. / <p>QC 20171102</p>

<p>An investigation of the dynamics governing the growth and development of the space industry with forecasts of the expected state and trajectory of the space industry under various policy tests and scenarios.</p>

Ein wesentliches Ziel während der Produktentwicklung ist die frühzeitige Absicherung der Produkteigenschaften auf Basis der definierten Produktmerkmale unter Beachtung der äußeren Randbedingungen. Digitale Modelle und Methoden unterstützen den Produktentwickler bei der frühzeitigen virtuellen Evaluation des Produktes. [...] In diesem Beitrag wird eine Methodik präsentiert, die mit Hilfe der SysML-Modelle eine Simulation in VR ermöglicht. Die SysML-Beschreibung wird als Kern der Simulation dienen und das gesamte Simulationsmodell steuern. Weiterhin wird erläutert, wie die SysML-Beschreibung mit einem VR-Tool und einem Physikberechnungstool verbunden werden kann. Die in CAVE und HMD durchgeführten Simulationen wurden im Rahmen von Usability Tests evaluiert. Aus diesen Tests werden Ergebnisse präsentiert, die sich mit Verwendungsschwerpunkten in VR und der Zufriedenheit bei der Beurteilung von Produkten in VR beschäftigt haben. Schlussendlich wird ein Beispiel-Simulationsszenario in der CAVE-VR und einem Head Mounted Display (HMD) diskutiert. [... aus der Einleitung]

Le thème des travaux qui fait l'objet de ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre de la caractérisation de systèmes biologiques par modèles non entiers. Cette thèse comporte deux parties qui reposent sur deux collaborations distinctes. La première s'appuie sur une collaboration avec le laboratoire Mouvement Adaptation Cognition de l'Université Bordeaux 2 et l'institut Magendie de l'Inserm. L'objectif de ce travail consiste à étudier l'influence la longueur du muscle sur sa dynamique dans les cas de variations statiques et dynamiques de cette grandeur. La deuxième collaboration est un projet original, en partenariat avec l'équipe Anesthésiologie-Réanimation II du CHU Haut-Lévêque ayant pour but l'identification de transfert thermique dans le poumon au cours d'opération à cœur ouvert, grâce à des mesures obtenues sur des poumons de mouton. / This PhD thesis deals with biological system characterization using fractional models. This study is divided in two parts stemming from two different cooperations. The first one involves the laboratoire Mouvement Adaption Cognition of Université Bordeaux 2 and the Institut Magendie of Inserm. The aim of this teamwork is to study the muscle length effect on its dynamic, considering static and dynamical length variations. The second collaboration involves the Anesthésiologie-Réanimation team of CHU Haut-Lévêque from Bordeaux. This research work aims at identifying models of thermal transfer inside the lungs during open-heart surgery.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif de proposer un langage de description temporelle pour des systèmes temps-réel et d’établir les conditions de leur ordonnançabilité sous l’algorithme Earliest Deadline First (EDF). Les langages de description temporelle permettent de spécifier le comportement temporel d’une application indépendamment de son comportement fonctionnel. Le programmeur déclare dans ces langages à quels instants précis doivent être déclenchées et terminées les activités du système. Cette gestion du temps, précise et explicite, apporte au système son caractère déterministe. Le langage proposé, Extended Timing Definition Language (E-TDL), étend des langages dirigés par le temps existants, en particulier Giotto et TDL, en introduisant un nouveau modèle de tâche donné par quatre paramètres : phase, pire temps d’exécution, temps d’exécution logique TEL (intervalle de temps séparant le lancement de la tâche et sa terminaison) et période. L’introduction de ce nouveau modèle de tâche nécessite de revisiter en particulier le problème de l’ordonnançabilité des tâches pour EDF. Cette thèse propose et développe une analyse basée sur la fonction de demande pour des ensembles de tâches décrites en E-TDL et s’exécutant en contexte monoprocesseur. Une condition nécessaire et suffisante est obtenue au travers d’une analyse précise des intervalles séparant les activations de tâches au sein de différents modules s’exécutant indépendamment et pouvant changer de mode à des instants prédéfinis. Une borne de la longueur des intervalles sur lesquels doit s’opérer la vérification est déterminée. Un outil mettant en œuvre cette analyse a été développé. / The goal of this research is to define a time-triggered language for modeling real-time systems and to provide the conditions for their schedulability under Earliest Deadline First (EDF). Time-triggered languages separate the functional part of applications from their timing definition. These languages permit to model the real-time system temporal behavior by assigning system activities to particular time instants. We propose a new time-triggered framework, Extended Timing Definition Language (E-TDL), that enhances the basic task model used in Giotto and TDL while keeping compositional and modular structure brought by the latter. An E-TDL task is characterized by: an offset, a worst case execution time, a Logical Execution Time (a time interval between task release and its termination) and a period. The schedulability analysis of the system based on this new task model should be, in particular for EDF, investigated. We develop, on the concept of the processor demand criterion, conditions for the feasibility of an E-TDL system running on a single CPU under EDF. A necessary and sufficient condition is obtained by considering the global schedules that are made up of execution traces occurring at the same time in distinct modules that are able to switch their modes at predefined instants. We estimate a maximal length of the interval on which the schedulability condition must be checked. A tool suite performing the schedulability analysis of the E-TDL systems is developed.

Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma abordagem fuzzy focando na estimação de curto prazo da demanda de potência ativa de um alimentador de sistema de distribuição de energia elétrica. A motivação para este trabalho encontra-se na redução do erro de estimação para que o sistema de distribuição como um todo seja corretamente operado. O destaque da abordagem desenvolvida é a metodologia de seleção de entradas para o sistema de estimação, que o treina fornecendo-lhe informações não redundantes e não desnecessárias sobre o comportamento da série temporal. Os resultados, obtidos com treinamento e teste de um sistema de inferência fuzzy multicamadas, mostram que as estimações realizadas selecionando as entradas do sistema de forma criteriosa apresentam menor erro que quando não há critério de seleção. Conclui-se então que a metodologia foi funcional e eficiente para o caso estudado, o que faz com que este trabalho resulte em válidas contribuições nas áreas de sistemas inteligentes, de sistemas dinâmicos e inclusive na forma metodológica de especificação de modelos de estimação de séries temporais. / This work aims to develop a fuzzy approach focusing on the short-term active power demand forecast in a feeder of an electrical energy distribution system. This work motivation lies on the reduction of the forecast error so that the whole distribution system can be correctly operated. The highlight of the developed approach is the methodology to select the inputs for the estimation system, which trains it giving to it non-redundant and non-unnecessary information about the time series behavior. The results, obtained by training and testing a multilayer fuzzy inference system, show that the estimations made by following a criterion to select the inputs have smaller error than when there is no selection criterion at all. It is therefore concluded that the methodology was functional and efficient for the case under study, what makes this work result in valid contributions for the fields of intelligent systems, dynamic systems and in the methodological way to specify models to estimate time series.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-04-25T16:10:27Z No. of bitstreams: 1 Maicon dos Santos_.pdf: 3747706 bytes, checksum: ef8b81f35d6d19fc23c56bfba79044c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T16:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maicon dos Santos_.pdf: 3747706 bytes, checksum: ef8b81f35d6d19fc23c56bfba79044c5 (MD5) Previous issue date: 2018-01-18 / Nenhuma / Engenharia reversa de código desempenha um papel fundamental em várias atividades de Engenharia de Software, tais como geração de modelos a partir de código legado e recuperação de funcionalidades (ou features) de sistemas. No contexto de Linha de Produto de Software (LPS), por exemplo, um produto de software é formado por um conjunto de features que são constantemente alteradas para acomodar mudanças de regras de negócio. Consequentemente, o modelo (por exemplo, diagrama de classes da UML) que representa toda LPS precisa ser modificado para refletir as atualizações realizadas. Neste contexto, várias ferramentas têm sido propostas nas últimas décadas, por exemplo, Astah e ArgoUML. Porém, as ferramentas (e suas técnicas) não dão suporte à engenharia reversa orientada a features, são imprecisas no que se refere à completude dos diagramas gerados, bem como exige um alto esforço para atualização dos modelos pois são manuais ou semiautomáticas. Para mitigar esta problemática, este trabalho propõe a TechREF, uma técnica de engenharia reversa orientada a features. De forma automática, a TechREF captura o fluxo de execução do código associado a uma feature, identifica as informações estruturais e comportamentais do código, e gera diagramas de classes UML, bem como persiste tais diagramas. A TechREF foi avaliada através de um estudo de caso tendo cenários reais de engenharia reversa. Esta avaliação buscou verificar o esforço e a corretude das atividades que serão realizadas no experimento com o uso dos modelos orientados a features. / Reverse code engineering plays a key role in various Software Engineering activities, such as model generation from legacy code and retrieval of system features. In the context of Software Product Line (LPS), for example, a software product is composed of a set features that are constantly changed to accommodate changes in business rules. Consequently, the model (for example, UML class diagram) that represents the entire LPS needs to be modified to reflect the updates made. In this context, several tools have been proposed in the last decades, for example, Astah and ArgoUML. However, the tools (and their techniques) do not support feature-oriented reverse engineering, are imprecise in terms of the completeness of the generated diagrams, as well as requiring a high effort to update the models because they are manual or semiautomatic. To mitigate this problem, this paper proposes TechREF, a reverse engineering technique oriented to features. Automatically, TechREF captures the execution flow of code associated with a feature, identifies the structural and behavioral information of the code, and generates diagrams of UML classes, as well as persists such diagrams. TechREF was evaluated through a case study having real reverse engineering scenarios. This evaluation sought to verify the effort and correctness of the activities that will be carried out in the experiment with the use of the models oriented to features.