Plateformes technologiques
CESI LINEACT dispose de plateformes et d’équipements de pointe, ainsi que d’une équipe technique constituée d’ingénieurs de recherche et d’une cellule administrative compétente pour les gérer.
Plateformes Technologiques et Partenariats
CESI LINEACT dispose de plateformes et d’équipements de pointe, ainsi que d’une équipe technique constituée d’ingénieurs de recherche et d’une cellule administrative compétente pour les gérer. Sa stratégie de développement, de maintenance et d’ouverture à des tiers (pôles de compétitivité, filières industrielles, partenaires industriels) mais également des acteurs de l’enseignement supérieur et de la Recherche et du secondaire) est l’élément clef pour permettre de maintenir un haut niveau de qualité et de performance, tout en offrant des possibilités de collaboration et de partenariat. 12 ingénieurs de recherche sont dédiés à la maintenance et à l’exploitation de ces plateformes et moyens dédiés à la recherche, à la formation et au transfert.
L’acquisition des plateformes s’inscrit dans une stratégie de long terme. Elles sont utilisées aussi bien en recherche et formation qu’au service des entreprises selon une logique de transfert direct des nouvelles connaissances vers les territoires et sont maintenues pour assurer un fonctionnement pérenne.
Les trois plateformes remarquables de recherche et de transfert “Industrie du futur” sur les centres de CESI et Nanterre, et “Bâtiment du futur” sur le centre de Nanterre permettent à la recherche de s’y déployer et de s’adosser à la pédagogie. Elles sont utilisées par les deux équipes de recherche et tous les enseignants-chercheurs des différents campus, ainsi que les étudiants, peuvent y accéder dans le cadre de leurs travaux.
Les principales plateformes technologiques
Les équipements de CESI LINEACT lui permettent de proposer des solutions innovantes et de haute qualité et d’adresser des projets ambitieux. Les principales plateformes étant :
- Une plateforme dédiée à l’industrie du futur :
La plateforme “Industrie du Futur” installée sur le campus CESI de Rouen, reproduit un atelier de production modulaire intégrant une ligne de production automatisée, des postes manuels industriels pour des opérations d’assemblages et de contrôles qualité, des AGVs (robots mobiles) pour le transport des pièces et produits, des robots manipulateurs, des cobots pour des tâches d’assemblage collaboratives, des IIoT pour l’échange de données, ou encore des interfaces Humain-machine basées sur de la réalité augmentée ou de la réalité virtuelle pour assister ou former aux opérations d’assemblage ou de maintenance. Cette plateforme est doublée d’un jumeau numérique développé dans le cadre des activités de recherche du laboratoire et fait l’objet d’intégrations dans différents projets pédagogiques.
Les applications dans les travaux de recherche de CESI LINEACT mais également en pédagogie sont dans les domaines de l’organisation et de la performance industrielle, de la maintenance, du numérique, de l’IA, de la cyber-sécurité et bien sûr des usages des technologies dites de l’industrie du futur telles que la robotique/cobotique, les jumeaux numériques ou encore la RA/RV dont nous présentons les moyens spécifiques ci-après.
- un ensemble d’équipement RA/RV intégrés aux jumeaux numériques
La réalité augmentée (RA) et la réalité virtuelle (RV) sont des technologies immersives qui offrent de nombreuses opportunités pour la recherche et l’industrie. En recherche, la RA et la RV, souvent couplées aux jumeaux numériques, sont utilisées pour simuler des environnements complexes qui permettent de réduire les coûts et les délais de développement, de limiter les risques d’erreurs et de défauts de conception, ou pour visualiser des données complexes dans un environnement interactif et intuitif. Ces technologies permettent d’explorer et de tester des hypothèses de recherche ou encore de former des professionnels de manière plus efficace et interactive, notamment avec l’arrivée de l’industrie 5.0 et de la réintégration de l’humain au centre des processus industriels. La RA et la RV sont également utilisées pour la formation et la simulation dans des environnements industriels complexes et de situations dangereuses ou difficiles, telles que les interventions dans les domaines atex (atmosphère à risque d’explosion en présence d’une source d’inflammation) par exemple.
CESI LINEACT dispose sur la plupart des campus d’équipements de RA/RV de type casque. L’un de ses campus est équipé d’un plateau technique dédié permettant notamment des situations de collaborations avec plusieurs utilisateurs en RV, d’un CAVE 4 faces, de systèmes d’acquisition et de traitement de données pour étudier le comportement en humains (captures de mouvement, données physiologiques, …).
- un ensemble de plateformes robotiques en cours de déploiement sur les six régions CESI
Initiée par quelques centres CESI, la robotique est en pleine expansion à CESI avec l’arrivée de 18 Robots répartis dans les différents campus. En recherche, la robotique permet de réaliser des expériences complexes, d’explorer des environnements dangereux ou difficilement accessibles, et de développer de nouvelles technologies et applications. La robotique peut être utilisée pour améliorer l’efficacité et la productivité des processus de fabrication, réduire les coûts et les délais de production, et améliorer la qualité des produits. Les robots sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels tels que l’automobile, l’aéronautique, l’électronique, la logistique, ou la santé, pour réaliser des tâches répétitives, dangereuses ou nécessitant une grande précision.
En outre, la robotique offre un grand potentiel en termes d’innovation et de développement de nouvelles applications. Les robots collaboratifs, par exemple, sont des robots conçus pour travailler aux côtés des humains, ce qui ouvre de nouvelles possibilités pour l’automatisation des tâches dans de nombreux domaines industriels. Les plateformes robotiques peuvent également permettre d’adresser des thématiques communes aux équipes de recherche “Apprendre et Innover” et “Ingénierie et Outils Numériques”, notamment sur les interactions Humains – robots.
La fabrication additive, communément connue sous le nom d’impression 3D, offre de nombreux avantages pour la recherche. Tout d’abord, la fabrication additive permet de créer des prototypes rapidement et à moindre coût, ce qui est particulièrement utile en recherche où les essais et les tests sont souvent nécessaires pour valider des concepts ou des hypothèses.
La fabrication additive permet également de créer des formes et des structures complexes qui seraient difficiles ou impossibles à réaliser avec des techniques de fabrication traditionnelles. La fabrication additive est un secteur innovant mais comportant un grand nombre de spécificités nécessitant des expertises fortes afin de maitriser les processus de fabrication et de finition.
En outre, la fabrication additive offre une grande flexibilité en termes de matériaux et de processus de fabrication, ce qui permet aux chercheurs de développer des matériaux innovants et d’explorer de nouvelles applications. Nous dotons également cette plateforme d’un jumeau numérique.
Un bâtiment intelligent peut fournir une infrastructure avancée pour la collecte de données en temps réel, ce qui permet aux chercheurs de surveiller et de mesurer des paramètres tels que la température, l’humidité, la lumière, le bruit, etc.
Cela peut aider à améliorer la précision des expériences et à réduire les erreurs expérimentales, à valider des modèles ou à créer des briques d’IA de modélisation. Cette plateforme, située sur le campus CESI de Nanterre est également doublée d’un jumeau numérique
Le Centre HPC DIGITLAB est un système de serveur privé spécialement conçu pour répondre aux besoins de la pédagogie et de la recherche, en particulier dans le domaine de l’intelligence artificielle (IA). Au cours des dernières années, avec l’essor de l’IA, il est devenu crucial de pouvoir effectuer des traitements lourds sur des GPU (Graphical Processing Unit) ou des architectures multi-cœurs, en particulier pour des tâches d’apprentissage. La vitesse d’exécution de ces traitements dépend grandement des performances de la machine sur laquelle ils sont exécutés. Les besoins en termes de puissance de calcul peuvent varier considérablement d’un chercheur à l’autre, d’un travail de recherche à un autre, ce qui, dans l’absolu, rend difficile la satisfaction de toutes les demandes de manière équitable. C’est précisément pour répondre à cette réalité et aux besoins ponctuels de traitements lourds que le Centre HPC DIGITLAB propose une solution avantageuse. Plutôt que de fournir des machines dédiées à chaque chercheur, le Centre HPC DIGITLAB offre un service privé basé sur un modèle de cloud permettant de partager les ressources matérielles entre les utilisateurs, de manière optimisée. Les chercheurs peuvent réserver une machine virtuelle pour une durée déterminée, en fonction de leurs besoins spécifiques, tout en évitant les coûts élevés liés à l’acquisition, à la maintenance et à la gestion de leur propre infrastructure.
De plus, le Centre HPC DIGITLAB facilite la gestion des ressources en permettant une allocation en fonction des disponibilités via un outil de réservation développé par la Direction des Systèmes d’Informations de CESI. Les chercheurs peuvent ainsi planifier leurs travaux de recherche en réservant des plages horaires spécifiques, ce qui garantit une utilisation efficace des ressources et évite les conflits d’accès. L’allocation des machines dépendra des ressources disponibles au moment de la réservation. La version initiale du Centre HPC DIGITLAB comprend trois machines virtuelles dédiées à la recherche dont l’usage pourra être ajustée en fonction des taux d’utilisation. Les créneaux de réservation initialement planifiés sont les suivants :
Ce service ne vient pas en remplacement des ressources informatiques mises à disposition par la Direction des Systèmes d’Informations mais apporte une solution spécifique aux besoins ponctuels de traitements lourds. En offrant un service privé basé sur le cloud, le Centre HPC DIGITLAB permet également une plus grande flexibilité organisationnelle. Les chercheurs peuvent accéder à leurs machines virtuelles depuis n’importe quel endroit à condition d’avoir une connexion Internet. Le Centre HPC DIGITLAB met à disposition des chercheurs du CESI des serveurs dotés d’un grand nombre de cœurs CPU et d’un GPU dédié, ainsi que d’une suite logicielle préinstallée. Cette infrastructure offre plusieurs fonctionnalités majeures pour la recherche :
- puissance de calcul multi-CPU : les traitements lourds peuvent bénéficier de multiples cœurs CPU pour une parallélisation efficace. En parallélisant les boucles et en utilisant des bibliothèques telles que Open MP ou multiprocessus, les chercheurs peuvent accélérer leurs calculs et obtenir des résultats plus rapidement.
- Accélération GPU : Le Centre HPC DIGITLAB propose également des GPU dédiés, tel que le GPU Nvidia T4 avec 16 Go de VRAM. Ces GPU sont spécialement conçus pour les calculs intensifs et parallèles nécessaires à l’IA. Les chercheurs peuvent utiliser des bibliothèques d’IA, telles que PyTorch avec prise en charge GPU, TensorFlow GPU, CUDA, Cupy, et bien d’autres, pour exploiter pleinement les capacités de calcul parallèle des GPU.
- Suite logicielle préinstallée : Le Centre HPC DIDIGITLAB simplifie le processus de configuration en fournissant une suite logicielle préinstallée. Cela inclut un système d’exploitation Windows 10 64 bits, l’IDE VS Codium, et plusieurs environnements Python via Miniconda. Les chercheurs ont accès à des environnements préconfigurés, notamment PyTorch avec GPU, TensorFlow CPU et TensorFlow GPU, leur permettant de démarrer rapidement leurs travaux de recherche.
La fabrication additive, communément connue sous le nom d’impression 3D, offre de nombreux avantages pour la recherche. Tout d’abord, la fabrication additive permet de créer des prototypes rapidement et à moindre coût, ce qui est particulièrement utile en recherche où les essais et les tests sont souvent nécessaires pour valider des concepts ou des hypothèses. La fabrication additive permet également de créer des formes et des structures complexes qui seraient difficiles ou impossibles à réaliser avec des techniques de fabrication traditionnelles. La fabrication additive est un secteur innovant mais comportant un grand nombre de spécificités nécessitant des expertises fortes afin de maitriser les processus de fabrication et de finition.
En outre, la fabrication additive offre une grande flexibilité en termes de matériaux et de processus de fabrication, ce qui permet aux chercheurs de développer des matériaux innovants et d’explorer de nouvelles applications. Nous dotons également cette plateforme d’un jumeau numérique.
Exploration et Expérimentation : Les Plateformes de CESI LINEACT au Service de l’Innovation et de la Recherche
Elles leur permettent de mener des expériences avancées, d’entraîner des modèles complexes, d’explorer de nouvelles approches et d’accélérer leurs découvertes scientifiques.
Ces plateformes technologiques sont déployées sur les différentes implantations de CESI LINEACT afin de massifier l’utilisation et ainsi sécuriser l’exploitation des moyens. Le financement des projets de conception et de déploiement des plateformes technologiques exploite le levier des Appels à projets et manifestations d’intérêt APP/AMI tout en demandant un investissement en propre de CESI et CESI LINEACT qui est totalement assumé.
Détails de trois exemples de plateformes remarquables issues de cette démarche :
Le projet jenii, soutenu par le programme « demoes » 2021
Les JNs développés ou optimisés dans le cadre du projet JENII font partie des 17 démonstrateurs de l’enseignement supérieur, soutenus par le programme d’investissement d’avenir « DemoES » 2021.
dles jumeaux numériques (JNs)
Cette plateforme est le résultat de projets structurants tels que le programme DEFI&Co. Elle permet depuis 2015 de déployer des activités de recherche relatives aux sciences du numérique et aux sciences de l’éducation notamment au travers de la conception de jumeaux numériques (JNs) interfacés en réalité virtuelle ou augmentée et en lien avec ses plateformes de recherche dans les domaines de l’industrie et du bâtiment.
Ces prototypes de JNs, associés aux travaux de recherche de CESI LINEACT sur la modélisation et les architectures des JNs interfacés en RV/RA, sur les environnements d’apprentissages instrumentés et leur intégration pédagogique (colloque NEO-SAI 2019 et 2021) sont reconnues dans les communautés académiques et industrielles. Ces travaux ont permis de remporter de nouveaux projets d’envergure tel que le projet JENII (Jumeaux d’Enseignement Numériques, Immersifs et Interactifs) – ANR-21-DMES-0006. Ce projet permet d’identifier et d’accompagner des établissements d’enseignement supérieur prêts à devenir des démonstrateurs de toutes les dimensions de la transformation numérique qui touche notre société (pédagogie, équipement, usages…). Avec le plus important budget (14 M€ – aide de 9,5 M€, 1,75M€ pour CESI) obtenu sur cet appel à manifestation d’intérêt, mettant en évidence son importance stratégique et scientifique, il réunit pour l’occasion un consortium unique décrit en amont de ce document (ENSAM, CNAM, CEA Tech et CESI). Dans le cadre de ce projet, impliquant 3 doctorants encadrés par CESI LINEACT, les actions de CESI et CESI LINEACT portent sur le développement ou l’amélioration de parcours pédagogiques hybrides et multimodaux individualisés et sur la R&D, dans des dimensions technologiques, pédagogiques et d’usages, sur les Jumeaux Numériques des plateformes Industrie du futur et Fabrication additive métallique.
JENII – Les JNs des plateformes CESI
les micro learning factories
Initié en juin 2021, le projet Micro Learning Factories (MLFs) a pour objet de déployer au sein des campus CESI des plateformes dédiées à la recherche et à l’enseignement des domaines de la robotique, de l’automatisation et des technologies clés associées à ces domaines : la vision par ordinateur, les objets connectés (IoT, M2M), l’intelligence artificielle, le jumeau numérique, la réalité augmentée, etc. Structuré en trois phases, le projet MLF a sur la période de juin 2021 à décembre 2021 (Phase 1 – Expression des besoins et Spécifications) s’est focalisée sur les spécifications des exigences pour les activités de recherche et d’enseignements pédagogiques et l’analyse fonctionnelle. Sur la période janvier 2022 à décembre 2022, les travaux ont été consacrés aux investissements matériels (Equipement de 6 campus CESI comprenant pour chacun des campus : un plateau composé de 10 tables amovibles, 6 Bras robotiques 6-axes, 6 convoyeurs NIRYO, 5 PC portables élèves, matériels réseaux, une station de travail haute-performance, un casque de réalité augmentée HOLOLENS 2…) et au développement d’une PoC (Preuve de Concept) réalisée par une équipe d’enseignants-chercheurs, d’ingénieurs de recherche, d’ingénieurs pédagogiques issus des campus de Rouen, Arras, Nanterre et Lyon. Depuis janvier 2023, le projet MLFs a engagé la phase 3 de sa feuille de route en procédant au déploiement des plateformes MLFs vers les campus de Toulouse, d’Arras, de Strasbourg et de Saint-Nazaire qui sont mobilisés sur le projet.
Le projet MLFs vise une mise en production des plateformes MLFs pour décembre 2023
Le projet MLFs vise une mise en production des plateformes MLFs, sur l’ensemble des campus mobilisés sur le projet (Lyon, Nanterre, Rouen, Arras, Toulouse, Saint-Nazaire et Strasbourg) en décembre 2023 pour les formations ingénieurs spécialités généraliste, informatique et systèmes électroniques embarqués du cycle ingénieur. Les Plateformes MLFs intègrent de nombreux équipements (Bras robotisés 6-axes, convoyeurs, robots mobiles, capteurs et actionneurs, contrôleurs, superviseurs …) qui visent à reproduire fidèlement, à une échelle réduite, un système de production représentant un processus d’assemblage à l’image de ceux implantés dans les industries manufacturières. Positionnés sur les trois premiers niveaux de la pyramide de l’automatisation (Niveau 0 : capter/ mesurer/actionner, Niveau 1 : contrôler/commander/automatiser, Niveau 3 : Superviser, Niveau 4 : Orchestrer, Niveau 5 : Gérer) les équipements de la plateforme MLFs permettront d’adresser des contenus pédagogiques ciblés sur chacun de ces niveaux pour inculquer aux élèves les connaissances et les compétences en robotique et en automatisation. A destination également des activités de recherche et d’innovation, les plateformes seront mobilisées par les enseignants-chercheurs pour expérimenter des concepts avancés (système de production autonome, collaboratif, coopératif, décentralisé…), tester et valider expérimentalement des modèles théoriques, vulgariser et illustrer leurs travaux de recherche en robotique.
Plateau MLF : système déployé intégrant 5 bras robotiques 6-axes et 6 convoyeurs
équipé pour comprendre son environnement et interagir avec l’humain
Tiago++ est équipé d’un ensemble de capteur lui permettant de comprendre son environnement, tel qu’un lidar, une caméra RGB-D et une caméra sur bras. Afin d’interagir avec l’humain, notamment dans le cadre de l’industrie 5.0, le robot Tiago++ est équipé de micros-stéréo, d’enceintes, d’une tête orientable, d’un buste permettant d’adapter sa stature à la personne, d’un écran embarqué sur ce même buste (non présent sur la photo illustratrice), de deux bras robotisés.
les robots TIAGO ++
CESI a fait l’acquisition de 6 premiers robots Tiago++ et continue à déployer des environnements physiques robotiques duals pour les activités pédagogiques et de recherche sur une partie de ses campus. Le robot humanoïde Tiago++ offre de multiples avantages pour la pédagogie et la recherche. Grâce à sa forme humanoïde, il peut interagir de manière naturelle avec les étudiants ou les chercheurs, créant ainsi un environnement d’apprentissage et de collaboration plus engageant. Tiago++ peut être programmé pour guider les étudiants dans l’acquisition de compétences spécifiques, en leur fournissant des explications claires et en leur montrant des démonstrations pratiques. Il sera également utilisé comme outil de recherche, permettant aux chercheurs d’approfondir leurs domaines de recherches et d’en explorer de nouveaux.
En sus des capacités matérielles du robot Tiago++, celui-ci est fourni avec une suitelogicielle ouverte sur ROS (Robot Operating System) permettant la réalisation par les équipes de recherche de briques robotiques standardisées pouvant être communiquées à l’ensemble de la communauté scientifique. L’ensemble de ses capteurs, actionneurs et sa suite logicielle le rend précieux pour mener des expériences et recueillir des données dans différents contextes de recherches et pédagogiques. En résumé, Tiago représente une technologie prometteuse qui ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de la pédagogie et de la recherche en offrant des interactions homme – robot enrichissantes et des opportunités d’exploration innovantes.
Des référents techniques :
Des référents techniques avec une fiche de mission spécifique sont nommés sur chaque campus disposant de plateformes technologiques. Le référent technique est responsable de l’exploitation et du maintien de la plateforme. Lorsque des plateformes sont déployées sur plusieurs sites, un chef de projet est en charge d’animer la communauté de référents techniques et d’assurer l’amélioration continue des moyens par une veille technologique continue. Il s’agit d’adapter de manière continue les capacités des dispositifs pour la pédagogie et la recherche de CESI LINEACT ou dans le cadre de projet partenariaux. Les moyens technologiques sont également utilisés dans le cadre de contrats de prestations d’ingénierie et de service réalisées par les équipes d’appui à la recherche. Les équipements de CESI LINEACT ont été acquis en partie grâce au levier des projets.