Doctor of Philosophy / Department of Electrical and Computer Engineering / Don M. Gruenbacher / Future technologies such as cognitive radio require flexible and reliable hardware architectures that can be easily configured and adapted to varying coding parameters. The objective of this work is to develop a flexible hardware encoder and decoder for low-density parity-check (LDPC) codes. The design methodologies used for the implementation of a LDPC encoder and decoder are flexible in terms of parity-check matrix, code rate and code length. All these designs are implemented on a programmable chip and tested. Encoder implementations of LDPC codes are optimized for area due to their high complexity. Such designs usually have relatively low data rate. Two new encoder designs are developed that achieve much higher data rates of up to 844 Mbps while requiring more area for implementation. Using structured LDPC codes decreases the encoding complexity and provides design flexibility. The architecture for an encoder is presented that adheres to the structured LDPC codes defined in the IEEE 802.16e standard. A single encoder design is also developed that accommodates different code lengths and code rates and does not require re-synthesis of the design in order to change the encoding parameters. The flexible encoder design for structured LDPC codes is also implemented on a custom chip. The maximum coded data rate of the structured encoder is up to 844 Mbps and for a given code rate its value is independent of the code length. An LDPC decoder is designed and its design methodology is generic. It is applicable to both structured and any randomly generated LDPC codes. The coded data rate of the decoder increases with the increase in the code length. The number of decoding iterations used for the decoding process plays an important role in determining the decoder performance and latency. This design validates the estimated codeword after every iteration and stops the decoding process when the correct codeword is estimated which saves power consumption. For a given parity-check matrix and signal-to-noise ratio, a procedure to find an optimum value of the maximum number of decoding iterations is presented that considers the affects of power, delay, and error performance.

Parmi les principaux verrous à lever pour la mise en place de l’IoT, l’un des plus difficiles concerne l’autonomie des objets. Il est en effet difficilement concevable, vu le grand nombre de composants déployés, d’intervenir sur chacun pour remplacer, ou recharger, leur batterie. Dans ce contexte ma thèse a pour objectif de proposer des solutions éco-énergétique afin de rendre tout ou partie autonome des objets communicants, type capteur. Une des solutions est de développer des récupérateurs d’énergie radiofréquences fonctionnant aux fréquences dans la bande ISM, 900 MHz et/ou 2,4 GHz. Grâce aux modules de récupération d’énergie le capteur pourra fonctionner sur une période théoriquement illimitée, grâce à un module de stockage d’énergie embarqué rechargeable. En pratique, la fiabilité de l’élément de stockage définira le temps de vie du capteur, estimé à une vingtaine d’années avec les cellules de stockage rechargeables actuelles. Les solutions existantes dans le commerce sont presque exclusivement développées sur substrat époxy (ou dérivé). Cette solution est généralement robuste et performante. En revanche la rigidité mécanique du substrat réduit l’intégration des nœuds dans notre environnement, elle devient rédhibitoire dans le cas des réseaux corporels. Afin de permettre au capteur autonome de s’intégrer plus facilement, et d’adresser notamment des applications de type biomédicales, celui-ci sera développé sur substrat souple. Cet objectif pose certains défis quant à la maitrise des procédés de fabrication et de report des composants pour les performances des parties radiofréquences / Electronics has undergone an unquestionable evolution in recent years. The progress made gives more efficient circuits and smaller, but especially more and more energy efficient. This evolution, combined with advances in the digital and IT domain, has enabled the expansion of Internet of Things (IoT) applications based on the massive deployment of autonomous wireless communicating sensors. The first generations of sensor could only work during the time of discharge of their battery. One of the proposed ways to extend the autonomy of objects is to use the ambient energy. Several technologies have been developed to optimize the energy harvesting depending on the environment of the sensor. The work of this thesis allows developing RF energy harvesters in three steps. The first part studies antennas structures compatible with the energy harvesting. Each antenna is optimized to either recover more energy or better integrate into the environment. The second step focuses on the RF / DC conversion circuit. The study of different circuits architectures, diodes and number of stages potentially relevant for our application, allowed realising circuits able to work with our antennas. Each circuit was then optimized to increase its conversion efficiency and its sensitivity. The final step was to assemble an antenna with a rectifier to characterize the complete harvester according two different scenarios: opportunistic energy harvesting and energy transfer conditions.

Le marché de l’électronique flexible devrait atteindre un chiffre d’affaire de plus de 10 milliards de dollars à l’horizon 2020. La réalisation de circuits dotés de flexibilité mécanique accompagnera l’essor de nouvelles applications liées à l’internet des objets ou à l’électronique grande surface. Après la logique, la mémoire est un organe fondamental de tout système électronique. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au développement de mémoires non-volatiles de type CBRAM (Conductive Bridge Random Acces Memory) pour les applications électroniques flexibles. Ces mémoires possèdent une structure MEM (Métal-Électrolyte-Métal) et font partie des mémoires non volatiles émergentes de type ReRAM (Resistive RAM). L’effet mémoire est basé sur une commutation de résistance due à des phénomènes d’oxydo-réduction et de migration ionique aboutissant à la formation/dissolution d’un filament conducteur dans l’électrolyte solide. La possibilité d’utiliser des verres de chalcogénures ou encore des polymères comme électrolytes solide offre à ces mémoires un avenir prometteur pour les applications flexibles. Après avoir passé en revue les différents matériaux exploités pour la réalisation de CBRAM, nous exposerons des travaux concernant la fabrication et la caractérisation de mémoires basées sur des électrolytes de GeS$_x$ et de Ge$_X$Sb$_Y$Te$_Z$ sur substrats de silicium. Les caractéristiques I-V obtenues (phénomènes de set et reset) sont ensuite confrontées à des simulations réalisées à l’aide d’un modèle électro-thermique qui considère le courant ionique comme facteur limitant. La dernière partie de ce travail est quant à elle dédiée au développement de mémoires flexibles. / Flexible electronics market revenue is expected to exceed $10B by 2020. Duento their mechanical flexibility, flexible circuits will enable numerous developmentsnin various fields from internet-of-things applications to large area electronics. Besides logic devices, memory is the second fundamental component of any electronic system. During this thesis, we aimed at developing nonvolatile memories referred as CBRAM (Conductive-Bridge Random Access Memories) for flexible electronics applications. These devices consist in a simple Metal-Electrolyte-Metal structure. The memory effect relies on resistance switching due to the formation/dissolution of a metallic conductive filament within a solid electrolyte. The use of chalcogenide glasses or polymers layers as solid-electrolytes offers many opportunities for future for flexible applications. In a first part, memory devices based on of GeS$_x$ and de Ge$_X$Sb$_Y$Te$_Z$ solid electrolytes on silicon substrates we fabricated and electrically tested. Experimental results were then confronted to an electro-thermal model, based on ionic current, developed during this thesis. The final chapter of this manuscript is devoted to the development of flexible memories.

Les Interfaces Cerveau-Machine assurent une connexion bidirectionnelle entre un patient et son environnement. Un patient atteint de déficience motrice lourde peut, au moyen d'un dispositif implanté dans son cerveau, commander des objets connectés par la seule action de son activité cérébrale. Une des premières exigences que cela requiert est de concevoir un implant, dit neuroprothèse, susceptible de rester implanté de façon chronique. L’utilisation des micro-nano-technologies permet de fabriquer une neuroprothèse qui réponde aux exigences d’un tel dispositif : performant, fiable et limitant la réaction de rejet par l’organisme. Pour cela, l’implant est conçu sur un substrat flexible à base de polymère biocompatible. La souplesse de l’implant lui permet de mieux s’adapter aux tissus cérébraux et d’assurer un contact intime avec les neurones en diminuant la réaction inflammatoire. Cet implant est inséré au moyen d’un support rigide biodégradable issu de la fibroïne de soie. Des premiers tests sur culture in vitro et sur petit animal (souris) ont montré des résultats prometteurs en termes de biocompatibilité et biostabilité sur le court et moyen terme. / Brain-Computer Interfaces ensure a bidirectional connection between a patient and his environment. Using an implant in his brain, a patient suffering from severe motor deficiency can control external devices through the sole action of his cerebral activity. One of the major requirements for such application is to conceive an implant, also called neuroprosthesis, that is able to be implanted for long periods of time.Micro-nano-technology enable the fabrication of a neuroprosthesis that gives in the demands of such item: efficient, reliable and limiting body rejection mechanisms. To that aim, the implant is designed on a flexible substrate provided by a biocompatible polymer. Implant flexibility allows for better compliance with the brain tissues and insures a more intimate contact with the neurons while maintaining minimal inflammation. This implant is inserted in the brain using a bioresorbable support made of silk fibroin. First tests in vitro on culture cells, and in vivo on mice showed promising results in terms of biocompatibility and biostability in the short and medium term.

Orientador: Jair Pinheiro / Resumo: A presente pesquisa propõe um estudo sobre os motofretistas sob uma específica disfuncionalidade da cidade capitalista: o trânsito congestionado. Esse profissional atinge a compressão do tempo, via aceleração de sua moto pelo espaço, de modo a contemplar três objetivos distintos, porém interligados e complementares. Em uma perspectiva pessoal, a necessidade premente de sustento próprio e familiar do trabalhador. Em um outro prisma, diminuir o tempo de giro do capital e aumentar a taxa de lucro para os capitalistas individualmente considerados. Por fim, garantir a reprodução ampliada do capitalismo, enquanto relação social de produção. Além disso, este estudo empreende uma investigação do transbordamento da Organização Científica do Trabalho, do ambiente fabril e gerencial para a estrutura urbana da Região Metropolitana de São Paulo. Pretendo demonstrar ainda que o tempo do neoliberalismo se configura como um tempo just in time, que significa uma sazonalidade da velocidade e da urgência na produção e distribuição. Essa oscilação frenética de ritmo acaba por institucionalizar o agir just in time em diversas esferas da existência humana. Ao mesmo tempo, simbolicamente, a impressão de “perder o controle” de condutas e subjetividades passa a ser possível frente o capitalismo neoliberal, o que é sugerido nesta tese por meio da metáfora-slogan asas da liberdade. A racionalização just in time torna-se o despotismo do aqui e agora; e a autonomia individual passa a ser a liberdade de a... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The present research undertakes a study regarding the motorcycle courier workers – the motoboys – under a specific dysfunctionality of the capitalist city: the traffic jam. These professionals are able to reach the compression of time by the acceleration of their motorcycle through space, in a way that enables reaching three goals which are different, however interconnected and subsidiaries. In a personal perspective, the compelling need to provide for themselves and their families. In a different light, the capacity of shortening the capital flow and increasing profit rates for the capitalists individually considered. Finally, to guarantee the capitalism reproduction expansion, as a social relationship of production. Besides, this research tackles an investigation regarding the overflow of the Scientific Organization of Labor, from a managerial and factory environment to the urban structure of the São Paulo Metropolitan Area. Here I also aim to demonstrate that the neo-liberalism time is configured as a just in time matter, which means a seasonality of speed and the urgency in production and distribution. This hectic rhythm variation ends up institutionalizing just in time attitudes in several aspects of human existence. At the same time, symbolically, the impression of “losing control” of conducts and subjectivities becomes possible in face of neo-liberal capitalism, which is suggested here in the use of the slogan-metaphor “wings of freedom”. The rationalization just in ti... (Complete abstract click electronic access below) / Résumé: La présente recherche propose une étude sur le comportement des motoboys – coursiers à moto – face à un dysfonctionnement spécifique de la ville capitaliste: la congestion routière. Ce professionnel réalise la compression du temps, via l'accélération de sa moto dans l'espace, afin d’accomplir trois objectifs distincts mais interconnectés et complémentaires. D'un point de vue personnel, le besoin urgent de soutien de la famille du travailleur et de lui-même. D'autre part, la réduction du temps de rotation du capital et l’augmentation des taux de profit des capitalistes individuels. Finalement, garantir la reproduction élargie du capitalisme en tant que rapport social de production. Par ailleurs, cette étude examine le débordement de l'Organisation Scientifique du Travail de l’environnement de fabrication et de gestion à la structure urbaine de la Région Métropolitaine de São Paulo. Je veux également démontrer que le néolibéralisme est configuré comme un temps just in time, ce qui signifie un caractère saisonnier de rapidité et d’urgence dans la production et la distribution. Cette oscillation frénétique du rythme finit par institutionnaliser l'action just in time dans différentes sphères de l'existence humaine. En même temps, symboliquement, l'impression de « perdre le contrôle » des comportements et des subjectivités devient possible en face du capitalisme néolibéral, comme le suggère cette thèse à travers le slogan métaphore « ailes de la liberté ». La rationalisation just i... (Résumé complet accès életronique ci-dessous) / Doutor

Este trabalho aborda o problema de programação da produção em um flexible flow line com tempos de setup. De acordo com a literatura, este ambiente pode ser considerado como um caso especial do Flow Shop com múltiplas máquinas, onde as tarefas podem saltar estágios. Neste estudo, foram analisados dois problemas: o primeiro, com tempos de setup independentes da sequência, e o segundo, com setup dependente da sequência de tarefas. Além disso, o setup das máquinas para as tarefas pode ser antecipado ou não. No primeiro caso, as máquinas de um estágio podem ser preparadas para o processamento de uma tarefa antes do seu término no estágio anterior. Se o setup não pode ser antecipado, a tarefa deve esperar o seu término no estágio de produção anterior. Este ambiente produtivo pode ser encontrado em um vasto número de indústrias tais como química, eletrônica, automotiva e têxtil. A medida de desempenho dos problemas é a duração total da programação (makespan). Este é um critério apropriado para sistemas de produção com grandes cargas de trabalho e em que a utilização dos recursos produtivos em longo prazo deve ser otimizada. O exame da literatura mostrou que há poucos estudos abordando a programação em flexible flow line. Considerando este aspecto, este trabalho apresenta heurísticas construtivas originais para a obtenção de programações apropriadas ao problema mencionado. Uma extensiva experimentação computacional foi executada para avaliar o desempenho relativo das heurísticas. Os resultados experimentais foram analisados e discutidos. / This work addresses the job scheduling on a flexible flow line with separate setup times. According to the literature, this scheduling problem can be considered as a special case of the Flow Shop with multiple machines, where the jobs may skip stages. Two modeled problems have been studied. In the first scheduling problem the setup times are sequence independent, and in the second one these times are sequence dependent. Moreover, the machine setup task can be either anticipatory or non-anticipatory. In the first case, a k-stage machine may be prepared for a job processing before its completion on the k-1 production stage. Otherwise, the setup task must wait for the job completion on the former production stage. This production environment can be found in a number of industries such as chemicals, electronics, automotive, and textiles. The performance measure of the production schedules is the makespan, that is, the total time to complete the schedule. This is an appropriate performance criterion for production systems with large workloads, and where the utilization of productive resources in the long term should be optimized. The literature examination has shown that there is a small number of studies dealing with flexible flow line scheduling. Having this in mind, this work introduces original constructive heuristics in order to obtain suitable schedules for the aforementioned scheduling problem. An extensive computational experience has been carried out in order to evaluate the relative performance of the heuristics. Experimental results are discussed.

L’éolien est un secteur industriel en pleine expansion, qui joue un rôle fondamental dans le développement des énergies renouvelables. Cependant ces machines sont performantes sur une plage de fonctionnement étroite. Afin d’adapter l’éolienne aux changements de vent, une solution actuellement mise en place sur certaines éoliennes commerciales consiste à faire varier l’angle de calage (ie l’inclinaison) des pales au cours de son fonctionnement. Cette méthode de contrôle actif élargit la plage de hauts rendements ainsi que la plage de fonctionnement global, et améliore le démarrage de l’éolienne, mais elle n’augmente pas le rendement maximal atteint par une éolienne à angle de calage optimal fixé. Cependant la complexité́ de cette méthode ainsi que ses coûts de conception, de construction et de maintenance la rende inaccessible pour beaucoup d’éoliennes, en particulier celles de petite taille. Récemment des recherches se sont orientées vers un contrôle passif de l’angle de calage. Dans cette thèse nous examinons expérimentalement et théoriquement l’intérêt d’utiliser des pales flexibles suivant la corde sur une éolienne à axe horizontal. L’étude se concentre sur deux questions : - comprendre le mécanisme de reconfiguration de la pale flexible bio-inspirée : la déformation de la pale est due à la compétition entre les forces aérodynamiques, qui augmentent l’angle de calage moyen, et la force centrifuge qui le diminue. Ces effets sont gouvernés par deux nombres adimensionnés, respectivement le nombre de Cauchy et le nombre centrifuge. - qualifier et quantifier le gain en performances de l’éolienne : une flexibilité́ de pale modérée élargit la plage de fonctionnement, et augmente significativement le rendement de l’éolienne, expérimentalement jusqu’à 35% sur la plage de hauts rendements. Une procédure d’optimisation visant à déterminer le matériau optimal de la pale flexible est présentée. Ces gains obtenus en régime stationnaire sont conservés expérimentalement en moyenne en régime instationnaire. Deux temps caractéristiques sont identifiés : le temps de reconfiguration de la pale flexible et le temps de variation de la fréquence de rotation de l’éolienne / Wind energy is a rapidly growing branch of industry, playing a significant role in the development of renewable energies. However these machines are efficient only on a narrow working range. In order to adapt wind turbines to wind changes, some commercial machines are pitch controlled during rotation. This active control method extends the high-efficiency range and the total working range, and improves the starting phase, but it does not increase the maximum efficiency reached by a wind turbine with the fixed optimal pitch angle. However this method is complex and costly (design, construction, maintenance). Thus it becomes cost-effective only for large wind turbines. Research recently focused on passive pitch control. In this thesis, the contribution of chord wise flexible blades is studied both experimentally and theoretically. The thesis concentrates on: - the reconfiguration mechanism of the bio-inspired flexible blade : the deformation is the result of the competition between aerodynamic forces, which increase the pitch angle, and the centrifugal force, which reduces it. These two effects are governed by two dimensionless numbers, respectively the Cauchy number and the centrifugal number. - how to qualify and quantify the efficiency gains : a moderate flexibility extends the working range, and significantly increases wind turbine efficiency, up to 35% on the high-efficiency working range. An optimization procedure is presented, which aims at determining the optimal material to construct the blade. These improvements measured in steady regime are maintained on average when rotational speed is unsteady. Two characteristic times are identified: the reconfiguration time of the flexible blade and the time of variation of the rotational speed of the wind turbine

Dans la quasi-totalité des missions d'observation de la Terre requérant une grande précision de pointage, les micro-vibrations sont le principal élément dégradant les performances de pointage. Les principales sources de micro-perturbations sont les roues et, lorsqu'il y en a, les refroidisseurs cryogéniques. D’autres sources de perturbations sont les propulseurs chimiques, les moteurs pas à pas de l'antenne solaire, les mécanismes d'entraînement,… L'objectif de cette thèse (NPI) est de concevoir et de valider un système de pointage actif de haute précision à base d’actionneurs piézoélectriques capable de rejeter les micro-vibrations au niveau d’un miroir, avec des pénalités de masse et de puissance contrôlées. Les caractéristiques attendues de ce système sont : • une grande bande passante en boucle fermée : typiquement jusqu'à 100 Hz • une faible erreur résiduelle: typiquement inférieure à 50-100 rad (ordre de grandeur approximatif) • un encombrement et une masse faibles (à quantifier au cours de la thèse) • une puissance requise minimale (à optimiser au cours de la thèse) • la modularité • une possible évolution Ce sujet est fortement pluridisciplinaire (mécanique, automatique, optique et instrumentation). Les défis scientifiques de la thèse sont : • la conception d’un système de pointage actif à bande passante élevée avec impact de masse et de volume faible et une puissance requise à minimiser • la commande robuste du système de pointage actif permettant de rejeter des micro-perturbations dont le spectre varie en fonction des phases de la mission • la tenue des performances en précision • la définition d'une méthodologie générique de conception intégrée applicable à d'autres systèmes de pointage (plusieurs degrés de liberté, ...) / On almost all high accuracy pointing Science and Earth observation missions, micro-vibrations are the major contributor to pointing performances degradations (RPE). The main sources of micro-disturbances being the wheels and, when present, the cry-coolers. Other disturbance sources may originate from chemical thrusters, antenna stepper motors, Solar Array Drive Mechanisms (SADM), antenna trimming mechanisms, or payload mechanisms set either inside the sensitive payload, or inside another payload of the same spacecraft. The objective of this NPI is to investigate and validate a high accuracy active pointing system able to reject micro-vibrations at instrument level: • large control bandwidth : typically up to 100Hz • low residual error : typically lower than 50-100nrad (rough order magnitude to be further defined in the frame of this NPI) • low mass and volume impacts • scalable • modular This subject is strongly multidisciplinary (mechanics, control theory, optics and instrumentation). The scientific challenges of the thesis are: • the design of an active pointing system with high bandwidth, low impact of mass and volume and minimized power • the robust control of the active pointing system allowing to reject micro-disturbances whose spectrum varies according to the phases of the mission • obtaining high accuracy performances • the definition of a generic methodology of integrated design applicable to other pointing systems (several degrees of freedom e.g.)

Denna undersökning som genomförts i en norrlandskommun belyser en grupp av femton kommunanställdas upplevelser av arbetstider vars schemaläggning förläggdes med hjälp av time-caresystemet i jämförelse med en grupp av sjutton kommunanställda som hade fast schema och heroma-önskeschemasystemet. Undersökningen som genomförts med kvantitativ metod syftade till att i ett urval av anställda i en norrlandskommun se upplevelser av arbetstider förlagda med och utan time-care avseende variabilitet (arbetsgivarens schemastyrning) och/eller flexibilitet (individens handlingsfrihet och självständighet).  Trettiotvå respondenter besvarade frågeformulären. Resultatet visade signifikant att respondenterna med time-care upplevde mer överåtagande, mindre möjligheter till förutsägbarhet över en månad, mindre rättvist ledarskap och att arbetet mer påverkar deras fritid än respondenterna som hade fast schema och heroma-önskeschemasystemet. Resultatet visade även att fast/heroma-önskeschemagruppen upplevde mindre överåtaganden, mer kontroll av arbetstakt, samt en högre grad av förutsägbarhet och att de upplevde mer rättvist ledarskap än en normgrupp vilket kan belysa fördelarna med önskeschema.  Nyckelord: oregelbundna arbetstider, flexibelt arbete, flexibel arbetstid, psykosocial / This study carried out in a northern municipality highlights a group of fifteen municipal employees' experiences of working hours whose scheduling was carried out using time-care system in comparison with a group of seventeen municipal employees who had fixed schedule and the heroma-wishful scheduling system. The survey conducted by quantitative method aimed at a sample of employees in a northern municipality see experiences of working placement with and without time care regarding variability (employer's schedule control) and / or flexibility (the individual's freedom and independence). Thirtytwo respondents answered the questionnaires. The results showed significant that respondents with time-care experienced more of overcommitment, less potential for predictability over a month, less fair leadership and to work more affecting their leisure time than respondents with fixed schedule and the heroma-wishful scheduling system. The results also showed that the staff with fixed/heroma-wishful scheduling system experiences less of overcommitments, more in control of the pace of work, and a higher degree of predictability and that they experienced more equitable leadership than a norm group which can highlight the benefits of wishful schedule. Keywords: irregular working hours, flexible work, flexible working, psychosocial

Zugl.: Frankfurt (Oder), Universiẗat, Diss., 2007.