Projects 2016

Featured projetcs
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Undergraduate level

P1 – Système d’alimentation pour drone avec surveillance de batterie Li-Po
by Charles Alexis Carrier (B.Sc.), U. de Sherbrooke
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P2 – Capteur électrochimique à multicanaux pour le contrôle de la qualité de l’eau
by Jessy Mathault (B.Sc.), U. Laval
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P4 – Electronic Control Unit of a 3U Satellite
by Rami Kandela (B.Sc.), Concordia U.
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P5 – Système optogénétique miniature en réseau
by Guillaume Bilodeau (B.Sc.), U. Laval
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P6 – Implant flexible pour ECG et stimulation optique sans fil
by Léonard L. Gagnon (B.Sc.), U. Laval
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Graduate level

P7 – Wireless power and data transmissions in harsh environment applications
by Ahmad Hassan (Ph.D.), Polytechnique Montréal
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P8 – Conception d’un système automatisé de calibration temporel pour un scanner de tomographie d’émission par positrons
by Arnaud Samson (M.Sc.), U. de Sherbrooke
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P9 – Modélisation et implémentation d’oscillateur MEMS à hautes performances
by Anoir Bouchami (M.Sc.), UQAM

P10 – Conception d’un système d’acquisition pour l tomographie optique diffuse à mesure dans le doamine temporel
by Jonathan Bouchard (M.Sc.), U. de Sherbrooke
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P11 – Implémentation sur FPGA d’un réseau de neurones artificiels apprenant par conditionnements
by Étienne Dumesnil (M.Sc.), UQAM
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P12 – Interface neuronale CMOS haute résolution pour l’électrophysiologie et l’optogénétique synchronisée
by Gabriel Gagnon-Turcotte (Ph.D.), U. Laval
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P13 – Conception d’un système d’acquisition de données en temps réel à base de FPGAs pour un scanner TEP dédié aux petits animaux
by Larissa Njejimana (Ph.D.), U. de Sherbrooke

P14 – Compact Standalone Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) module based on Fast-Gated Single Photon detector
by Sreenil Saha (Ph.D.), Polytechnique Montréal
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P1 – Système d’alimentation pour drone avec surveillance de batterie Li-Po
by Charles Alexis Carrier (B.Sc.), U. de Sherbrooke

Le VAMUdeS est un groupe de l’Université de Sherbrooke de calibre mondial qui se spécialise dans la conception et la fabrication de véhicules aériens autonomes de recherche, sauvetage et cartographie. Notre principale plateforme, Artémis, est un avion capable de transporter une charge utile de 2kg. L’opération d’un véhicule de cette taille comporte des défis importants et plusieurs précautions afin d’éviter tout accident. Cette sécurité ne peut exister sans une alimentation électrique fiable de nos systèmes, principalement l’autopilote, mais aussi les systèmes secondaires comme les caméras. Afin d’alimenter tous nos systèmes, l’équipe a dû concevoir un système d’alimentation afin de réduire la tension des batteries en tensions acceptables pour les différents systèmes utilisés pour les missions. Puisque le moteur et son contrôleur produisent beaucoup de bruit électrique, des éléments de protection ont dû être ajoutés au circuit. De plus, les batteries Lithium-Polymère comporte des risques importants et un dispositif de mesure de la capacité a été ajouté aux circuit afin de communiquer à l’opérateur leur état. Celui-ci est donc en mesure de rappeler le véhicule si sa charge est trop basse. Un circuit a donc été conçu et fabriqué par l’équipe, puis intégré dans notre plateforme. Depuis sa fabrication initiale en avril dernier, il a accumulé plus de 16 heures de vol et continue de satisfaire à nos besoins.

P2 – Capteur électrochimique à multicanaux pour le controle de la qualité de l’eau
by Jessy Mathault (B.Sc.), U. Laval

Dans ce projet nous présentons un potentiostat multicanal à faible coût pour une détection simultanée de plusieurs molécules, dont le nitrate dans l’eau. Un potentiostat est un dispositif largement utilisé en électrochimie pour plusieurs applications puisqu’il permet de réaliser un large éventail ’expériences dont la cyclo voltamétrie ou la chronoampérométrie en plus de la mesure de la variation de l’impédance. Ce projet consiste donc en un dispositif développé dans le cadre de projets de stage de baccalauréat qui s’est déroulé sur 2 ans. La fonctionnalité du système proposée a été démontrée avec le ferrocyanure, le nitrate parmi d’autres molécules. Le dispositif permet de faire 8 mesures en parallèle avec une détection minimale de 1 nA et une précision de 10 %. Il permet de générer des signaux de stimulation de fréquence variable allant jusqu’à 5 kHz et une amplitude variant entre -2.5 V et 2.5 V. Le système développé communique avec l’ordinateur à travers une interface LabVIEW développée dans le cadre de ce projet aussi. La communication se fait par USB et peut être améliorée pour une communication sans fil (Bluetooth). Le même système a été utilisé aussi pour détecter la dopamine avec une concentration de 1 uM.

P4 – Electronic Control Unit of a 3U Satellite
by Rami Kandela (B.Sc.), Concordia U.

The development of CubeSats for education and low-cost space experimentation is becoming more popular since the past decade. However, designing the electronics and hardware for such a spacecraft is extremely challenging due to the harsh environment of space. More specifically, the hardware is vulnerable to radiation causing single event upsets and latch-ups, and severe thermal cycles can affect the physical properties of the on-board electronics. The difficulty of the task is also due to the fact that for student-lead projects, the lack of financial and technical resources is common. The choice of hardware electronics components is critical to the survival of the spacecraft after launch. With the limited resources available to students, the use of commercial off-the-shelf components is essential to the completion of such project with a low budget. Providing flight heritage for such components ensures the feasibility and accessibility of future low budget spacecrafts. Our project consists of the design and implementation of a complete electronic control unit of a 3U CubeSat, that includes the electrical power system and the command and data handling boards. Additionally, we developed the electronics for the payload of the spacecraft, which conducts a three-point bending test to evaluate the properties of a self-healing composite in space.

P5 – Système optogénétique miniature en réseau
by Guillaume Bilodeau (B.Sc.), U. Laval

L’optogénétique est une technique de stimulation cérébrale permettant d’activer ou de désactiver certains neurones. C’est une technique révolutionnaire qui permet aux neurobiologistes d’avoir une meilleure compréhension du fonctionnement du cerveau. La majorité des appareils optogénétiques actuellement sur le marché offrent le fonctionnement d’un seul appareil à la fois ainsi que l’enregistrement simultané de signaux neuronaux. Cependant, dans le cadre d’études comportementales sur de petits animaux de laboratoire, l’utilisation de plusieurs appareils simultanément est atout majeur. Dans le cadre de ce projet, une plateforme optogénétique sans-fil a été développée pour augmenter le nombre de canaux de stimulation et rendre possible l’utilisation de plusieurs plateformes identiques simultanément. Le nouveau système est capable de stimuler avec 8 μDEL électroluminescentes, ce qui permet de stimuler à plusieurs endroits simultanément dans le cerveau. De plus, afin de minimiser le poids du dispositif et, ainsi être plus adapté aux études comportementales sur de petits animaux de laboratoire, un design miniature et léger sur PCB de type flexible a été réalisé. De plus, un protocole de communication réseau permettant l’utilisation simultanée de 6 dispositifs a été implémenté. Finalement, le système se démarque par la possibilité de l’utiliser en réseau, par sa taille très petite permettant son utilisation sur des souris de laboratoire se comportant librement ainsi que par son grand nombre de canaux de stimulation.

P6 – Implant flexible pour ECG et stimulation optique sans fil
by Léonard L. Gagnon (B.Sc.), U. Laval

L’optogénétique est un domaine d’étude permettant de contrôler le comportement de cellules vivantes qui ont été modifiées génétiquement afin de les rendre photosensibles. Les études optogénétiques actuelles concernent principalement l’étude du cerveau par la stimulation de cellules neuronales. Ce projet vise à étendre ce champ de recherche vers d’autres types de cellules : les cellules cardiaques. En effet, il est possible de rendre certaines cellules du cœur photosensibles. Le prototype développé adapte un système conçu pour la stimulation optique dans le cerveau de petits rongeurs, pour qu’il soit utilisé au niveau du cœur de souris de laboratoire. En plus de permettre la stimulation optique, le système développé permet d’enregistrer simultanément l’activité du cœur (ECG) évoqué, ou non, par la stimulation. Le prototype est conçu pour s’adapter au corps d’une souris de laboratoire en se fixant sur son dos. Le capteur et le stimulateur sont apposés au bout d’une bande flexible qui est insérée sous la peau de l’animal près du cœur. Le système est entièrement sans-fil, miniature et léger, ce qui permet aux animaux d’évoluer librement lors des expériences.

P7 – Wireless power and data transmissions in harsh environment applications
by Ahmad Hassan (Ph.D.), Polytechnique Montréal

Most of industrial and aerospace projects are established under strict conditions to develop reliable systems that have the ability to endure the abnormal operating conditions such as extreme environmental temperature and surrounding pressure. The electrical and electronic systems form serious challenges when they are installed in the harsh environment zone, especially for sensors and monitoring systems which are directly interfaced with the harsh conditions. The direct power and data connections between the interface sensors and external system introduce high risk at the level of complexity and safety and affect the system efficiency in addition to the high probability of dangerous events such as gaseous leakage and change of the monitored condition settings, particularly in aerospace projects where the safety and stability are essential factors that must be taken into consideration. In this project, we present a microelectronic system dedicated for extreme environment conditions based on GaN (Gallium Nitride) semiconductor technology using inductive link technique for power and bidirectional data transmissions. The investigated harsh environments in this project are mainly the high temperature, low temperature and high pressure conditions. The expected endurable high and low temperatures are 500oC and – 200oC respectively, and the maximum pressure is 100atm.

P8 – Conception d’un système automatisé de calibration temporel pour un scanner de tomographie d’émission par positrons
by Arnaud Samson (M.Sc.), U. de Sherbrooke

La mesure du temps dans un scanner de tomographie d’émission par positrons est la mesure la plus importante. Le rapport contraste à bruit des images se base directement sur la précision de cette mesure. Cette mesure est affecté par la propagation des signaux dans l’électronique du scanner. C’est pourquoi il est important de maximiser la résolution temporelle d’un scanner TEP en utilisant tous les moyens mis à disposition. Une des façons de procéder est de mesurer les retards et avances de chaque module de détection puis les soustraire aux évènements enregistrés lors d’une acquisition. Cette technique de calibration temporelle peut s’effectuer de plusieurs façons. Les méthodes employées actuellement par la plupart des scanners nécessitent des acquisitions longues et fastidieuses pour procéder au calcul des délais de propagation des signaux dans les détecteurs et l’électronique. Le développement d’une méthode plus fiable et rapide permettrait une calibration plus régulière des scanners et par conséquent des images de meilleure qualité. La méthode développée dans mon projet permet une calibration de tous les canaux d’un scanner TEP telle que le LabPET I en 15 min.

P9 – Modélisation et implémentation d’oscillateur MEMS à hautes performances
by Anoir Bouchami (M.Sc.), UQAM

Le projet porte sur l’implémentation d’un oscillateur MEMS à hautes performances. L’oscillateur est conçu avec l’objectif d’être une référence de fréquence suffisamment stable pour être ultimement intégré dans les transmetteurs/récepteurs radiofréquences. Pour ce, un circuit intégré (amplificateur à transimpedance) a été conçu dans une technologie de fabrication CMOS 65 nm fournie par TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) avec l’entremise de CMC Microsystems. Ce circuit est capable de maintenir l’oscillation d’un résonateur MEMS en boucle fermée. Le circuit intégré peut fournir un produit gain-bande passante élevé pour compenser les pertes de résonateur et d’assurer un petit déphasage de telles sortes que les hautes fréquences d’oscillation peuvent être obtenues.

P10 – Conception d’un système d’acquisition pour l tomographie optique diffuse à mesure dans le doamine temporel
by Jonathan Bouchard (M.Sc.), U. de Sherbrooke

La tomographie optique diffuse (TOD) est une méthode d’imagerie médicale émergente permettant de faire l’acquisition des coefficients d’absorption et de diffusion à l’intérieur d’un sujet. La TOD à mesures dans le domaine temporel (TOD-DT) est la méthode d’acquisition de donnée qui fournit l’information la plus riche. Le projet présenté est un tout nouveau système multicanal à faible coût pour le comptage de photons uniques corrélé en temps, conçu spécifiquement pour la TOD-DT. Le circuit utilise uniquement des composants électroniques commerciaux de manière à réduire significativement le coût par canal, par rapport aux solutions utilisant des circuits intégrés à application spécifique (ASIC). Le système comporte 4 canaux de détections possédant une résolution temporelle de 13.02 ps et une précision de 18.1 ps (largeur à mi-hauteur – LMH). Le circuit inclus l’électronique frontale pour une connexion directe aux détecteurs monophotoniques, le circuit de calibration programmable, le convertisseur temps-numérique (TDC) et le système d’extraction des données vers le PC d’acquisition. Le système permet aussi l’intégration d’une très grande quantité de canaux par l’utilisation de plusieurs modules en utilisation une connexion en cascade via un commutateur Ethernet intégré.

P11 – Implémentation sur FPGA d’un réseau de neurones artificiels apprenant par conditionnements
by Étienne Dumesnil (M.Sc.), UQAM

Les réseaux de neurones artificiels (RNA) sont reconnus aujourd’hui pour leur capacité à résoudre des problèmes devant lesquels les approches traditionnelles sont impuissantes ou inadaptées. Jusqu’à récemment, la computation parallèle réalisée par les RNA a été simulée sur des ordinateurs séquentiels, ralentissant ainsi considérablement les temps de réponse. Par ailleurs, les modèles de neurones utilisés reposaient sur des simplifications du neurone biologique, dont le remplacement des impulsions de sortie par leur fréquence. Il s’avère aujourd’hui que ce codage en fréquence limite considérablement la possibilité de réaliser des fonctions cognitives à l’aide des RNA, d’où le besoin d’utiliser des modèles à plus forte plausibilité biologique, dont le type « intégration-déclenchement à perte » (leaky integrate-and-fire). Le projet vise à réaliser un RNA à impulsions en matériel, c’est-à-dire à implémenter son architecture parallèle sur un circuit reconfigurable du type « Field-Programmable Gate Array » (FPGA). Le système aura une capacité d’apprentissage par conditionnements classique et opérant intégrée et sera validé à l’aide d’une plateforme robotique, dans laquelle le RNA jouera le rôle de cerveau non préprogrammé.

P12 – Interface neuronale CMOS haute résolution pour l’électrophysiologie et l’optogénétique synchronisée
by Gabriel Gagnon-Turcotte (Ph.D.), U. Laval

Avec l’essor de l’optogénétique, il est dorénavant possible d’utiliser la lumière guidée par des fibres optiques implantables afin d’étudier les microcircuits du cerveau. En effet, cette nouvelle approche révolutionnaire permet d’activer sélectivement certains neurones du cortex d’animaux transgéniques afin d’observer leur effet dans un vaste réseau biologique. Afin d’exploiter cette propriété, ce projet a comme objectif de créer la première interface cerveau machine sans fil permettant d’effectuer des expériences optogénétiques en boucle fermée chez des animaux éveillés. Notre équipe a récemment démontré les performances d’un dispositif optogénétique sans fil capable de compresser plusieurs signaux électrophysiologiques en parallèle afin d’augmenter la résolution permise et son autonomie. Ce dispositif, qui pèse 2.8 g, utilise une nouvelle technique de compression par ondelettes permettant d’augmenter significativement le nombre de canaux sous observation, tout en étant doté de plusieurs sorties de stimulation optique (32 canaux d’enregistrement/stimulation). Afin de réduire la taille, le poids et la consommation énergétique d’un tel système, la prochaine étape de ce projet consistera à intégrer ces nouveaux algorithmes de compression dans une puce CMOS qui sera également dotée d’un nouvel algorithme de classification et de logique reprogrammable afin de synchroniser la stimulation avec l’enregistrement lors d’essais en boucle fermée chez des rongeurs transgéniques.

P13 – Conception d’un système d’acquisition de données en temps réel à base de FPGAs pour un scanner TEP dédié aux petits animaux
by Larissa Njejimana (Ph.D.), U. de Sherbrooke

L’imagerie moléculaire cherche à comprendre les bioprocessus à l’échelle moléculaire. La Tomographie d’Émission par Positrons (TEP) lorsqu’utilisée avec la souris transgénique pour sa grande similarité avec le génome humain constitue un outil de choix. Cependant, les scanners TEP pour petits animaux requiert une meilleure résolution spatiale que les scanners cliniques pour observer un même niveau de détails. Pour une résolution spatiale brisant la barre du millimètre, un nouveau module de détection a été conçu pour le LabPET II, un scanner TEP pour petits animaux développé à l’Université de Sherbrooke. Ce module de 128 canaux contient 4 unités, constituée chacune d’une matrice de 4 × 8 pixels de scintillateurs individuellement couplés à un bloc monolithique de 4 × 8 photodiodes à avalanche. Une carte électronique sert d’interposeur entre ce module de détection et 2 circuits intégrés à application spécifiques (ASIC) de 64 canaux, à signaux mixtes, en technologie CMOS 0,18 μm. Ce projet présente un nouveau système d’acquisition de données (DAQ) en temps réel, basé sur des matrices de portes logiques programmables (FPGA), et conçu pour interfacer le nouveau bloc de détection pour un scanner avec 6144 canaux d’acquisition et un maximum attendu de 3,000 événements par canal et par seconde.

P14 – Compact Standalone Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) module based on Fast-Gated Single Photon detector
by Sreenil Saha (Ph.D.), Polytechnique Montréal

In reflectance optical spectroscopy measurements, the diffusive medium is illuminated from a point source and diffused photons are collected at a given distance from the source. The source and the detector separation should be small to increase the sensitivity to higher penetration depth of investigation which significantly increases the number of unwanted early arriving photons (mainly coming from the surface areas of the tissues). To enable the measurement of rare late photons in the presence of overwhelming amount of early light, timegating mechanism is utilized in which the detector is only sensitive or switched-on during some specific time-windows. The aim is to develop a Near-Infrared Spectroscopy System based on a stand-alone ultrafast time-gated single photon counting module of picosecond resolution. The use of a detection system, operated with a time-gate with rise time in the range of hundreds of picoseconds and delayed appropiately with respect to the initial burst of photons, capacitates the detection of only the fewer late photons while rejecting the early photons. The system also employs a laser source pulsed at over 80MHz with picosecond pulse width. It features a complete programmability of the source-detector parameters like repetition frequency, excess bias voltage, on-off durations etc.

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