title: The one-week prevalence of neck and low back pain and the association with moderate to extremely severe symptoms of anxiety in university students

subject:
University students
Cross-sectional
Neck pain
Low back pain
Anxiety

abstract:
Objectives: To determine the one-week prevalence of neck and low back pain in undergraduate students, and the association between neck and low back pain and symptoms of anxiety.
Methods: Cross-sectional study in the Faculty of Health Sciences and Faculty of Education at Ontario Tech and the Canadian Memorial Chiropractic College in 2017. Neck and low back pain intensity in the past week were measured with a 10-point numerical rating scale. Anxiety symptoms in the past month were measured with the DASS-21. Log-binomial regression models were built to measure the association.
Results: Almost half of the samples experienced any neck or low back pain in the preceding week. Neck and low back pain was associated with symptoms of anxiety.
Conclusion: Low back and neck pain are common among university students. Students with low back or neck pain are more likely to report moderate to extremely severe symptoms of anxiety.


title: Generative models for multi-modality image inpainting and resolution enhancement

subject:
Image inpainting
Image-to-image translation
Image super-resolution
Generative Adversarial Network (GAN)

abstract: Recently, deep learning methods specifically generative adversarial networks (GANs) have been used to rapidly improve a wide range of image enhancement tasks including image inpainting and image resolution enhancement also known as super-resolution. Image-to-image translation methods convert an image provided in a source modality (e.g., a nighttime image) to an image of a target modality (e.g., a daytime image) by learning an image generation function. These methods can be applied to a wide variety of problems in image processing and computer vision. The use of GANs for image-to-image translation has also been extensively studied. We propose the problem of combining the image-enhancement tasks (e.g., image inpainting or super-resolution) with the image-to-image translation task in a joint formulation. Given a distorted nighttime image of a scene can one recover a restored daytime image of the same scene? Two models to address the joint problem will be presented. Our models are validated on night-to-day joint image translation and enhancement for both super-resolution and inpainting. Promising qualitative and quantitative results will be reported.

abstract: University of Ontario Institute of Technology


title: Investigation of mechanical heat pump systems for heat upgrading applications

contributor:
Rosen, Marc A.
Dincer, Ibrahim

subject:
Heat pump
Vapor compression
Energy
Exergy
COP

abstract: Three high temperature heat pump systems based on vapor compression cycles are introduced and examined. Four fluids (water, cyclohexane, biphenyl and mercury) are selected and analysed thermodynamically as prospective working fluids for the high temperature heat pumps. These working fluids are used in cascaded cycles to upgrade the heat to a temperature of 600 °C. The equations of state used in performance analysis are Peng–Robinson, NRTL and IAPWS-95. A parametric analysis is carried out to study the effects of isentropic efficiency, sink temperature, source temperature, and ambient temperature on the system performance. Energetic and exergetic COPs of the overall and individual cycles are determined. The COP values obtained are found to range from 2.08 to 4.86, depending upon the cycle and temperature levels. The System 2 (energetic and exergetic COPs are 3.8 and 1.9 respectively) outperforms System 1 (energetic and exergetic COPs are 2.2 and 1.0 respectively) both energetically and exergetically, while operating under same conditions of source temperature 81°C and sink temperature 600 °C. The System 3 achieves maximum cycle temperature of 792 °C while operating under moderate pressure ratios. The high COP values in some instances make these systems promising alternatives to fossil fuel and electrical heating. As a possible sustainable scenario, these pumps can utilise low grade heat from geothermal, nuclear or thermal power plants and derive work from clean energy sources (solar, wind, nuclear) to deliver high grade heat. The high delivery temperatures make these heat pumps suitable for processes with corresponding needs, like high temperature endothermic reactions, metallurgical processes, distillation, and thermochemical water splitting.


title: Topic models for image localization

subject:
Image localization
Topic models
SIFT
FLANN
Visual words

abstract:
We present a new scheme for partitioning geo-tagged reference image database in an effort
to speed up query image localization while maintaining acceptable localization accuracy. Our
method learns a topic model over the reference database, which in turn is used to divide the
reference database into scene groups. Each scene group consists of “visually similar” images
as determined by the topic model. Next raw SIFT features are collected from every image
in a scene group and a FLANN index is constructed. Given a query image, first its scene
group is determined using the topic model and next its SIFT features are matched against
the corresponding FLANN index. The query image is localized using the location information
associated with the visually similar images in the reference database. We evaluate our approach
on Google Map Street View dataset and demonstrate that our method outperforms a competing
technique.


title: Laterality effects in sub-clinical neck pain examined in goal-directed upper limb aiming movements

contributor:
Yielder, Paul
Murphy, Bernadette

subject:
Subclinical neck pain
Handedness
Feedforward processing
Feedback processing
Body schema

abstract: Subclinical neck pain (SCNP) is defined as recurrent pain and stiffness in the neck for which individuals have not yet sought treatment. Prior studies have shown that individuals with SCNP have altered cerebellar processing. The cerebellum plays a vital role in upper limb reaching movements through the formation of internal models and integration of sensorimotor information. Prior studies have suggested that SCNP individuals exhibit an altered body schema (internal body map). Reaching movements are performed daily, thus presenting a need to investigate the impact of SCNP on upper limb goal-directed movements. Two paradigms were designed to assess upper limb movement, one study in the horizontal plane and the other in the vertical plane. Analysis of kinematic variables revealed SCNP participants as being more effective at using feedback processing demonstrated through further distance travelled in the primary movement, possibly as a means to compensate for altered body schema.


title: Body-worn camera footage in the courtroom: an examination of the effects of BWC expert testimony on perceptions of police officer trustworthiness and guilt

subject:
Body worn cameras
BWC
Expert testimony
Juror
Officer on trial

abstract: As more police agencies rely on Body Worn Cameras (BWCs) worldwide, the following study aims to guide policing and legal proceedings through an examination of perceptions of guilt and trustworthiness of an officer on trial for excessive force, where BWC footage is presented as evidence. More specifically, the presence or absence of expert testimony on BWC limitations, and the degree of unverifiable details present in the officer’s testimony (i.e., unverifiable by BWC footage), were manipulated across various study conditions through mock trial transcripts. Although primary analyses were nonsignificant, supplementary analyses suggest that expert testimony may result in lower guilty verdicts when BWC evidence is presented for officers on trial. Additionally, positive perceptions of police legitimacy and legal authoritarianism were associated with lower ratings of officer guilt and higher ratings of trustworthiness. This thesis provides a steppingstone for future research on the implications of BWCs and its use in legal proceedings.


title: Genetic sun shadow positioning model for digital forensics

contributor:
Lin, Xiaodong
Zhu, Ying

subject:
Digital forensics
Shadow positioning
Genetic algorithm (GA)
Geo-coordinates

abstract:
Extensively growing a set of methodologies to collect, provide, and analyze geoinformation in this decade. While due to the privacy concerns or elevated consideration, only less than half of videos and pictures bring geographical tags. Meanwhile, such geographical indications are not always available and reliable because of device dependencies. For example, users forbid location functions on devices or manipulate published geo-tags. In this case, the straightforward images' data for digital forensics will lose value. In this thesis, we propose an approach for shadow positioning model to smooth over this obstacle, such as non-geo-tagged information in videos and photos. Firstly, we briefly summarize existing digital forensics researchers rely
on geotagging and figure out the potential limitations and threats for compromising the geo-information from videos and photos; then present a positioning model and algorithms are based on Solar Position Algorithms (SPA) and Genetic Algorithm (GA) to estimate geo-coordinates for non-geo-tagged source files. The experimental
results show that our proposed model and algorithm can successfully compute a set of latitude and longitude values, and the average error in ±0.2° for both latitude and longitude. These combined algorithms derive from the theory of astronomy and evolution, which shapes a novel way to obtain geolocation information from such consequences.


title: Indo-Caribbean immigrants perceptions of dating abuse

subject:
Indo-Caribbean
Guyana
Trinidad
Dating abuse
Intersectionality

abstract: Diverse cultures as well as social and political conditions work in various ways to alter the experiences of dating abuse among divergent populations. Utilizing an Intersectionality paradigm, I have attempted to understand the perceptions of dating and dating abuse among members of the Indo-Caribbean community living in Canada. Contemporary research has done little to examine this population. In order to delve deeper into the perceptions of dating abuse among this community, I conducted 11 qualitative interviews which looked at intersection of factors such as immigration, family background, home life and their role in the perceptions of dating, dating pressure, shame / dishonor and community-specific dating behaviours. I purport that the confluence of these factors help to shape perceptions of dating and dating abuse among members of the Indo-Caribbean community.


identifier: Girard, F. (2009). Autocalibrage de séquences d'images thoracoscopiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le développement considérable des techniques d'imagerie vidéo a permis d'explorer de nouvelles techniques de chirurgie dans le domaine médical et notamment celles de chirurgies minimalement invasives. La chirurgie minimalement invasive (sans pratiquer de larges incisions) permet de réduire les risques opératoires pour le patient puisque les instruments et la caméra sont introduits à travers de petites incisions. La caméra sert à visualiser le champ opératoire afin de guider l'intervention du chirurgien. Cependant, le chirurgien perd alors toute notion de contexte et de profondeur lors d'une opération, sa vision étant limitée à une séquence d'images 2D acquises par la caméra. C'est pourquoi un système d'assistance chirurgical pourrait faciliter ce type d'interventions. Des systèmes de navigation 3D sont en cours de développement pour assister le chirurgien dans les domaines de cardiologie et de neurochirurgie. Cependant, la plupart des systèmes de navigation 3D à la chirurgie de la colonne vertébrale sont destinés pour l'assistance des chirurgies classiques nécessitant de grandes ouvertures. De plus, ces systèmes requièrent un ensemble de marqueurs fixés sur les vertèbres afin de recaler un modèle 3D pré-opératoire avec des images per-opératoires. La procédure de fixation des marqueurs est non seulement invasive, compliquant davantage le protocole chirurgical, mais aussi ne peut pas être pratiquée lors d'une chirurgie minimalement invasive. Le but ultime de notre projet est de proposer un système d'assistance des chirurgies minimalement invasive de la colonne vertébrale reposant exclusivement sur l'information contenue dans la séquence d'images acquises par une caméra endoscopique insérée dans le thorax du patient à travers une petite incision.  ABSTRACT: The considerable expansion of video imaging techniques in recent years has opened the way toward exploring new surgical techniques in the medical field including minimally invasive surgery approaches. Minimally invasive surgery reduces the risk of an operation for the patient because the instruments and camera are inserted through small incisions. The camera is used to view the operative field to guide the surgeon's intervention. However, the surgeon loses the notion of depth during such an operation, his vision being limited to a sequence of 2D images acquired by the camera. Therefore, a surgical assistance system could facilitate this type of intervention. 3D navigation systems are currently being developed to assist the surgeon in the fields of cardiology and neurosurgery. However, most 3D navigation systems for spine surgery are designed to assist conventional surgeries requiring large openings. In addition, these systems require a set of markers attached to the vertebrae to register a pre-operative 3D model with peroperative images. The procedure for setting the markers is not only invasive and thus complicates the surgical protocol but cannot be performed in a minimally invasive surgery. Therefore, the ultimate goal of our project is to provide a framework for assisting minimally invasive surgeries of the spine, based solely on information contained in the sequence of peroperative images acquired by an endoscopic camera inserted into the patient's chest through a small incision . Our goal is thus to develop a self-autocalibration method for a sequence of thoracoscopic images acquired during a minimally invasive surgery of the spine. This will allow us to readjust a 3D pre-operative patient spine model to the images of the sequence in real time as the surgeon performs the operation. The thoracoscopic images will be repositioned in 3D space to allow the surgeon to move around the 3D model and thus facilitate the operation.


identifier: Fournier, P.-M. (2009). Analyse automatisée des causes de blocage de processus à partir d'une trace d'exécution  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La tendance actuelle à la parallélisation fait que les développeurs sont de plus en plus fréquemment confrontés à des bogues de performance dont la cause est difficiles à repérer. Ceux-ci sont fréquemment dus à des interactions imprévues entre des composants logiciels qui s'exécutent parallèlement. L'intégration grandissante et la complexité liée au débogage des grands systèmes informatiques exacerbent ce problème. Un type de bogue de performance particulièrement difficile est celui dont la réelle cause est séparée du symptôme par une chaîne de blocages. Les outils actuels sont d'une aide limitée pour résoudre ces bogues. L'objectif de ce travail est donc la conception d'un outil aidant au débogage de problèmes de performance impliquant des chaînes de blocages. Ce mémoire introduit cette nouvelle approche et traite de son implémentation dans l'Analyseur de délais de LTTV. Le Linux Trace Toolkit (LTTng) est utilisé pour l'enregistrement de traces et la majorité de l'instrumentation, permettant le traçage de systèmes en production avec grande précision et un impact minimal sur la performance. Cette approche utilise exclusivement de l'instrumentation noyau et ne requiert pas la recompilation des applications. L'outil d'analyse produit un rapport qui indique en détail de quelle façon le temps a été consommé dans un processus donné entre deux événements. Pour chacune des catégories, un autre rapport indique la liste des intervalles de temps où le processus a été dans cet état. Enfin, dans les cas où le processus était bloqué, la chaîne de blocages complète est affichée. L'Analyseur de délais de LTTV a été utilisé pour analyser et corriger rapidement des problèmes de performance complexes, chose impossible avec les outils existants. Le temps d'analyse est linéaire par rapport à la taille de la trace. L'usage de la mémoire lors de l'analyse de grandes traces est linéaire par rapport à la taille de la trace, mais une méthode pour la rendre constante est décrite. La méthode conçue pourrait servir de base à des travaux futurs, dont l'analyse de chaînes de blocages qui impliquent plusieurs ordinateurs ou qui impliquent à la fois des machines physiques et les machines virtuelles qu'elles hébergent.  ABSTRACT: The current trend towards parallelization puts developers more and more in situations where they are confronted with performance bugs whose cause is difficult to indentify. These are frequently due to unexpected interactions between software components that execute concurrently. The tighter integration and the complexity of debugging large systems worsen this problem. One type of bug which is particularly difficult to locate is a performance problem whose root cause is separated from its symptom by a chain of blockings. Current tools provide little help with these problems. The aim of this work is therefore to design a tool that helps debugging performance problems involving chains of blockings. This thesis introduces this new approach and discusses its implementation in the LTTV Delay Analyzer. The Linux Trace Toolkit (LTTng) is used for trace recording and most of the instrumentation, allowing the tracing of production systems with great precision and minimal performance impact. This approach uses solely kernel instrumentation and does not require the recompilation of applications. The analysis tool produces a report that shows in detail in what way time was spent in a process between two given events. For each category, another report shows the list of time spans during which the process was in that state. Finally, in cases where the process was blocked, the complete chain of blockings is displayed. The LTTV Delay Analyzer was used to analyze and fix quickly complex performance problems, something impossible with existing tools. Analysis time grows linearly with trace size. Memory usage during the analysis of large traces grows linearly with trace size, but a strategy to make it constant is described. This new method could serve as a starting point for future work, including the analysis of blocking chains that involve many computers or that involve physical machines as well as the virtual machines they host.


identifier: Villarreal Morales, A. (2009). Un algorithme d'échantillonnage permettant d'améliorer la performance prédictive d'un modèle bayésien dans le cadre d'applications de tests adaptatifs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes CAT (abréviation anglaise de: Computing Adaptive Testing) sont utilisés depuis plusieurs décennies pour déterminer le niveau de connaissances des utilisateurs par le biais d'un questionnaire où l'on essaie de minimiser le nombre de questions posées. Plusieurs applications comme les systèmes de guidage et les tutoriels les utilisent afin de créer des profils utilisateurs. Les systèmes CAT effectuent leur diagnostic sur la base d'un modèle de connaissances. Bien que certains modèles sont dérivés du travail d'un expert, comme les modèles à base de règles ou les modèles Bayésiens graphiques, où la structure et les probabilités conditionnelles sont définies par un expert du domaine, les modèles les plus prometteurs sont basés sur une approche statistique où les paramètres du modèle sont induits à partir de données. (Desmarais et Gagnon, 2006; Millan et Perez-de-la-cruz, 2002; Vomlel, 2004)  ABSTRACT: Bayesian graphical models are commonly used to build student models from data. A number of standard algorithms are available to train Bayesian models from student skills assessment data. These models can assess student knowledge and skills from a few observations. They are useful for Computer Adaptive Testing (CAT), for example, where the test items can be administered in order to maximize the information they will provide. In practice, such data often contain missing values and, under some circumstances, missing values far outnumber observed values. However, when collecting data from test results, one can often choose which values will be present or missing by a consequent test design. We study how to optimize the choice of test items for collecting the data that will be used for training a Bayesian CAT model, such as to maximize the predictive performance of the model. We explore the use of a simple heuristic for test item choice based on the level of uncertainty. The uncertainty of an item is derived from its initial probability of success and, thus, from its difficulty. The results show that this choice does affect model performance and that the heuristic can lead to better performance. Although the study's results are more exploratory than conclusive, they suggest interesting research avenues


identifier: Bouyela Ngoyi, G. A. (2009). Conception et implémentation de processeurs dédiés pour des systèmes de traitement vidéo temps réel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes de traitement vidéo se caractérisent par des demandes de performance de plus en plus exigeantes. Les nouvelles normes, telles le HMDI 1.3 (High Definition Media Interface), requièrent des bandes passantes allant jusqu'à 340 Méga-pixels par seconde et par canal. Il en découle que les processeurs traitant ce type d'information doivent être très performants. Les nouvelles méthodologies de conception basées sur un langage de description d'architecture (ADL) apparaissent pour répondre à ces défis. Elles nous permettent de concevoir des processeurs dédiés de bout en bout, avec un maximum de flexibilité. Cette flexibilité, grande force de ce type de langage (tels LISA 2.0), nous permet par ajout d'instructions spécialisées et modification de l'architecture (ajout de registres spécialisés, modification de largeur de bus), de créer un processeur dédié à partir d'architectures de base considérées comme des processeurs d'usage général. Dans le cadre de nos travaux, nous nous sommes concentrés sur un type d'algorithmes de traitement d'image, le désentrelacement. Le désentrelacement est un traitement qui permet de reconstruire une séquence vidéo complète à partir d'une séquence vidéo entrelacée pour des raisons telles que la réduction de bande passante. Tout au long de nos travaux, nous avons eu un souci constant de développer des méthodologies, les plus générales possibles, pouvant être utilisées pour d'autres algorithmes. L'une des contributions de ce mémoire est le développement d'architectures de testcomplètes et modulaires, permettant d'implémenter un processeur de traitement vidéo temps réel. Nous avons également développé une interface de gestion de RAM qui permet au cours du développement des processeurs de les tester sans modifier le système au complet. Le développement de deux méthodologies innovatrices représente un apport supplémentaire dans la conception de processeurs dédiés. Ces deux méthodologies, qui se basent sur un langage ADL, sont synergiques et permettent d'implémenter et d'accélérer des algorithmes de traitements vidéo temps réel. Nous obtenons dans un premier temps un facteur d'accélération de 11 pour la première méthodologie puis un facteur d'accélération de 282 pour la deuxième.  ABSTRACT: Video processing systems are characterized by rising performance specifications. New standards such as the HDMI 1.3 require bandwidths as high as 340 megapixels per second and per channel, resulting in greater information processing power. New conceptual methodologies based on architectural descriptions (ADL) seem to respond to this challenge. Design methods and languages for architectural descriptions (such as LISA 2.0), allow developing tailor-made high performance processors in a very flexible way.  The flexibility of these languages let the user add specialized instructions to an instruction set processor. They also allow modifying its architecture to create a processor with much improved performance compared to some baseline general purpose processsor. Our study focuses on a specific type of video processing algorithm called deinterlacing. Deinterlacing allows reconstructing a complete video sequence from an interlaced video sequence. Despite this algorithmic focus, in the course of this study, we were concerned with developing broadly applicable methodologies usable for other algorithms. This thesis aims to contribute to the existing body of work in the field by developing complete and modular test architectures allowing to implement processors capable of real time video processing. The development of two innovative design methodologies represents an additional contribution. These synergetic methodologies are based on ADL (Architecture Description Language). Our results confirm that they allow implementing processors capable of real-time video processing. We obtained an acceleration factor of 11 with a first design method and the acceleration factor was further improved to 282 with a second method.


identifier: Rakkay, H. (2009). Approches formelles pour la modélisation et la vérification du contrôle d'accès et des contraintes temporelles dans les systèmes d'information  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Nos travaux de recherche s'inscrivent dans un cadre qui vise à développer des approches formelles pour aider à concevoir des systèmes d'information avec un bon niveau de sûreté et de sécurité. Précisément, il s'agit de disposer d'approches pour vérifier qu'un système fonctionne correctement et qu'il implémente une politique de sécurité qui répond à ses besoins spécifiques en termes de confidentialité, d'intégrité et de disponibilité des données. Notre recherche s'est ainsi construite autour de la volonté de développer, valoriser et élargir l'utilisation des réseaux de Petri en tant qu'outil de modélisation et le model-checking en tant que technique de vérification. Notre principal objectif est d'exprimer la dimension temporelle de manière quantitative pour vérifier des propriétés temporelles telles que la disponibilité des données, la durée d'exécution des tâches, les deadlines, etc. Tout d'abord, nous proposons une extension du modèle TSCPN (Timed Secure Colored Petri Net), initialement présenté dans mon mémoire de maˆıtrise. Le modèle TSCPN permet de modéliser et de raisonner sur les droits d'accès aux données exprimés via une politique de contrôle d'accès mandataire, i.e. Modèle de Bell-LaPadula. Ensuite, nous investigons l'idée d'utiliser les réseaux de Petri colorés pour représenter les politiques de contrôle d'accès à base de rôles (Role Based Access Control - RBAC). Notre objectif est de fournir des guides précis pour aider à la spécification d'une politique RBAC cohérente et complète, appuyée par les réseaux de Petri colorés et l'outil CPNtools. Finalement, nous proposons d'enrichir la classe des réseaux de Petri temporels par une nouvelle extension qui permet d'exprimer plus d'un seul type de contraintes temporelles. Il s'agit du modèle TAWSPN (Timed Arc Petri net - Weak and Strong semantics). Notre but étant d'offrir une grande flexibilité dans la modélisation de systèmes temporisés complexes sans complexifier les méthodes d'analyse classiques. En effet, le modèle TAWSPN offre une technique de modelchecking, basée sur la construction de graphes des zones (Gardey et al., 2003), comparables à celles des autres extensions temporelles des réseaux de Petri.  ABSTRACT: Our research is integrated within a framework that aims to develop formal approaches to help in the design of information systems with a good level of safety and security. Specifically, these approaches have to verify that a system works correctly and that it implements a security policy that meets its specific needs in terms of data confidentiality, integrity and availability. Our research is thus built around the aim to develop, enhance and expand the use of Petri nets as a modeling tool and the Model-checking as a verification technique. Our main objective is to express the temporal dimension in order to check quantitative temporal properties such as data availability, task execution duration, deadlines, etc. First, we propose an extension of the TSCPN (Timed Secure Colored Petri Net) model, originally presented in my master's thesis. This model allows representing and reasoning about access rights, expressed via a mandatory access control policy, i.e. Bell-LaPadula model. In a second step, we investigate the idea of using colored Petri nets to represent role based access control policies (RBAC). Our goal is to provide specific guidelines to assist in the specification of a coherent and comprehensive RBAC, supported by colored Petri nets and CPNtools. Finally, we propose to enrich the class of time Petri nets by a new extension that allows to express more than one kind of time constraint, named TAWSPN (Timed-Arc Petri net Weak and Strong semantics). Our goal is to provide great flexibility in modeling complex systems without complicating the conventional methods of analysis. Indeed, the TAWSPN model offers a model-checking technique based on the construction of zone graphs (Gardey et al., 2003), comparable to those of other extensions of timed Petri nets


identifier: Matni, G. (2009). Detecting Problematic Execution Patterns Through Automatic Kernel Trace Analysis  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les processeurs multicoeurs, les systèmes distribués et la virtualisation deviennent de plus en plus répandus, rendant ainsi le débogage des systèmes en production plus difficile, surtout quand les problèmes rencontrés ne sont pas facilement reproductibles. Cette complexité architecturale a introduit une nouvelle gamme de problèmes potentiels qu'on devrait pouvoir détecter à l'aide de nouvelles méthodologies efficaces et extensibles. En effet, en traçant le noyau d'un système d'exploitation, on est capable d'identifier les goulots d'étranglement, les failles de sécurité, les bogues de programmation ainsi que d'autres genres de comportements indésirables. Le traçage consiste à collecter les événements pertinents se produisant sur un système en production, tout en ayant un impact minimal sur la performance ainsi que sur le flot normal d'exécution. La trace générée est typiquement inspectée en différé, n'introduisant aucun impact sur le système tracé. Ce travail présente une nouvelle approche basée sur les automates pour la modélisation de patrons de comportements problématiques sous forme d'une ou plusieurs machines à états finis exécutables. Ces patrons sont ensuite introduits dans un analyseur qui vérifie leur existence simultanément et efficacement dans des traces de plusieurs giga-octets. L'analyseur fournit une interface de programmation offrant des services essentiels aux automates. Les patrons implémentés touchent à différents domaines incluant la sécurité, le test de logiciels et l'analyse de performance. Les résultats de l'analyse fournissent suffisamment d'information pour identifier précisément la source du problème ce qui nous a permis d'identifier une séquence de code dans le noyau Linux pouvant générer un inter-blocage. La performance de l'analyseur est linéaire par rapport à la taille de la trace. Les autres facteurs affectant sa performance sont discutés. En outre, la comparaison entre la performance de l'analyseur par rapport à celle d'une approche dédiée, suggère que le surcoût de l'utilisation des machines à états pour l'exécution et non seulement pour la modélisavi tion, est acceptable surtout lors d'une analyse différée. La solution implémentée est facilement parallélisable et pourrait bien s'appliquer à des analyses en-ligne. Le mémoire se conclut par une liste de suggestions d'optimisations possibles pouvant encore améliorer la performance de l'analyseur.  ABSTRACT: As multi-core processors, distributed systems and virtualization are gaining a larger share in the market, debugging production systems has become a more challenging task, especially when the occurring problems are not easily reproducible. The new architectural complexity introduced a large number of potential problems that need to be detected on live systems with adequate, efficient and scalable methodologies. By tracing the kernel of an operating system, performance bottlnecks, malicious activities, programming bugs and other kinds of problematic behavior could be accurately detected. Tracing consists in monitoring and logging relevant events occurring on live systems with a minimal performance impact and interference with the flow of execution. The generated trace is typically inspected remotely with no overhead on the system whatsoever. This work presents an automata-based approach for modeling patterns of undesired behavior using executable Finite State Machines. They are fed into an offline analyzer which efficiently and simultaneously checks for their occurrences even in traces of several gigabytes. The analyzer provides an Application Programming Interface offering essential services to the Finite State Machines. To our knowledge, this is the first attempt that relies on describing problematic patterns for kernel trace analysis. The implemented patterns touch on several fields including security, software testing and performance debugging. The analysis results provide enough information to precisely identify the source of the problem. This was helpful to identify a suspicious code sequence in the Linux kernel that could generate a deadlock. The analyzer achieves a linear performance with respect to the trace size. The remaining factors impacting its performance are also discussed. The performance of the automatabased approach is compared with that of a dedicated implementation suggesting that the overhead of using Finite State Machines for execution and not just for modeling is acceptable especially in post-mortem analysis. The implemented solution is highly parallelizable and may be ported for online pattern viii matching. The thesis concludes by suggesting a list of possible optimizations that would further improve the analyzer's performance.


identifier: Awedikian, Z. (2009). Automatic Data Generation for MC/DC Test Criterion Using Metaheuristic Algorithms  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le test de logiciel a traditionnellement été l'une des principales techniques contribuant à la haute fiabilité et à la qualité des logiciels. Les activités de test consomment environ 50% des ressources de développement de logiciel, ainsi toute technique visant à réduire les coûts du test est susceptible de réduire le coût total de développement du logiciel. Le test complet d'un logiciel est souvent impossible à réaliser à cause des exécutions infinies nécessaires pour effectuer le test et le prix élevé par rapport aux limitations du budget. Les systèmes informatiques de fiabilité élevée sont souvent des systèmes appartenant aux domaines réglementés tels que le domaine aérospatial et le domaine médical. Dans de tels domaines, l'assurance de la qualité et les activités de test de logiciel sont imposées par la loi ou exigées par des normes obligatoires, telles que le DO-178B, DO-254, EN-50128, IEEE/EIA 12207, ou ISO/IEC i2207. Ces normes et règlements imposent normalement des activités de vérification et de validation, ainsi qu'ils spécifient les critères de test exigés. Proposé par la NASA en 1994, la couverture modifiée des décisions et des conditions (MC/DC) est une stratégie de test requise, entre autres, par le RTCA DO-178B. MC/DC est un critère de test en boîte blanche qui vise à prouver que chacune des clauses (expression booléenne ne contenant aucun opérateur logique tel que le z < x + y) impliquée dans une décision influence correctement la valeur de cette décision. Le critère MC/DC englobe d'autres critères structurels bien connus tels que la couverture des instructions et des décisions. Le travail présenté dans se mémoire applique des techniques d'optimisation de la recherche au problème du test. Nous explorons la façon d'intégrer la distance des branches, les dépendances de contrôles et les dépendances de données dans la recherche pour mieux la guider. Le but serait la génération automatique des données de test pour le critère MC/DC appliqué au niveau des méthodes. Notre approche est organisée en deux étapes. D'abord, pour chacune des décisions dans le code à tester, nous calculons les ensembles des cas de test nécessaire pour couvrir le critère MC/DC pour cette décision. Cet ensemble de cas de test formera alors un ensemble d'objectifs pour la recherche. Dans la deuxième étape, nous appliquons des stratégies de recherche méta-heuristiques pour produire des données de test, assignant des valeurs booléennes vraies et fausses aux clauses des décisions de sorte qu'un objectif de test calculé dans la première étape soit satisfait. Nous proposons une nouvelle fonction de coût qui sert à guider efficacement la recherche pour la génération des données test pour le critère MC/DC. En particulier nous nous inspirons de la méthode d'enchaînement qui intègre les dépendances de données dans la fonction coût. Nous avons étendu l'algorithme proposé par McMinn pour la fonction de la distance des branches, en l'adaptant au critère MC/DC.  ABSTRACT: Testing has traditionally been one of the main techniques contributing to high software dependability and quality. Testing activity consumes about 50% of software development resources, so any technique aiming at reducing software-testing costs is likely to reduce software development costs. Indeed, exhaustive and thorough testing is often unfeasible because of the possibly infinite execution space or high cost with respect to tight budget limitations. High dependability computerized systems are often software intensive systems belonging to regulated domains such as aerospace and medical application domain. In such domains, quality assurance and testing activities are enforced by law or required by mandatory standards, such as DO-178B, DO-254, EN-50128, IEEE/EIA 12207, or ISO/IEC i2207. These standards and regulations enforce verification and validation activities and they specify the required testing coverage criteria. Proposed by NASA in 1994, the Modified Condition/Decision Coverage (MC/DC) criterion is a testing strategy required, among other practices, by the RTCA DO-178B. MC/DC is a white box testing criterion aiming at proving evidence that all clauses (Boolean expression not containing any logical operator such as z > x + y) involved in a predicate can influence the predicate value in the required way. It subsumes other well-known coverage criteria such as statement and decision coverage. This work explores the way search techniques can be integrated with branch distance, control and data dependencies to generate MC/DC test input data at method level. Our approach is organized in two steps. First, for any given predicate, we compute the sets of test cases that would cover the MC/DC criterion for this predicate. In the second step, we apply meta-heuristic search strategies to generate test input data assigning true and false Boolean values to clauses so that one of the MC/DC test case computed in step one is satisfied. We propose a novel fitness function to efficiently generate test input data satisfying the MC/DC criterion. In particular we draw inspiration from the Chaining approach integrating data dependencies in the fitness design and evaluation. We extended the algorithm proposed by McMinn for the branch distance fitness adapting it to MC/DC.


identifier: André, W. (2009). Conception et fabrication d'un microrobot sans fil autonome opérant dans un milieu aqueux  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Il existe plusieurs définitions du mot « robot ». L'une d'elles définit un robot comme un dispositif qui peut se déplacer et réagir à une excitation pour exécuter une ou plusieurs tâches dédiées. Un tel robot est pourvu d'une certaine forme d'intelligence ou d'un programme qui exécute ces tâches automatiquement sans l'intervention humaine. De plus, sa conception sera influencée par l'environnement dans lequel il évolue et par les fonctions qui doivent lui être intégrées pour effectuer des tâches prédéfinies. En microrobotique, le principal obstacle dans la miniaturisation des robots intelligents sans fil est d'obtenir la source de puissance nécessaire pour supporter les quatre fonctions de base (intelligence, détection, communication, actuation ou déplacement), malgré les contraintes d'espace. Deux approches principales peuvent être envisagées pour réduire les dimensions du robot, soit l'augmentation de la capacité de réception et de conversion énergétique, soit la diminution du besoin en énergie électrique.  ABSTRACT: There are several definitions of the word “robot”. One of them defines a robot as a device which can move and react to a stimulus to execute one or more dedicated tasks. Such a robot is endowed with a certain form of intelligence or a program which executes automatically without human intervention. Moreover, the design of a robot will be influenced by the environment in which it moves and by the functions which must be integrated to carry out some preset tasks. In microrobotics, a major difficulty during the miniaturization of intelligent wireless robots is to feed them with power to support the four basic functions (intelligence, sensors, communication, actuation or displacement) while meeting volume constraints. Therefore, two principal approaches can be considered to reduce the robot dimensions. The first would be to increase the reception capacity and energy conversion. The second would be to decrease the electrical power requirements.


identifier: Sandoval, J. (2009). Analyse de liaison dynamique entre gènes candidats et phénotypes associés à la pression artérielle au cours de tests physiologiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La pression artérielle (PA) est un caractère complexe qui semble être lié à plusieurs interactions gène/environnement. La mise en évidence de la liaison entre certaines régions chromosomiques et les traits intervenant dans la variation de la PA sur des individus soumis à des stimuli physiologiques devrait permettre d'élucider d'autres mécanismes responsables de certains désordres vasculaires et leurs complications. Primo, nous postulons que le degré de liaison génétique varie selon les tests physiologiques. Ensuite, nous postulons que la réduction de dimensionnalité des phénotypes à l'aide de méthodes reflétant la variance et la corrélation entre les traits permettra d'améliorer les signaux des tests d'association. 258 individus sélectionnés d'une cohorte de familles du Saguenay-Lac-Saint-Jean au Québec ont été soumis à certaines manoeuvres orthostatiques et des traits reliés à la pression artérielle ont été mesurés en utilisant l'impédance cardiaque. Les pressions systolique (SBP) et diastolique (DBP), la pression artérielle moyenne (MAP), la résistance vasculaire totale (TPR), le pouls (HR) et le volume systolique (SV) ont été mesurés 6 fois chaque 5 minutes pendant que les individus adoptaient la position couchée et 6 fois chaque 2 minutes pendant la position debout. 1000 marqueurs génétiques ont été soumis à des tests de liaison génétique à chaque temps de mesure. Ces marqueurs sont sur 361 gènes révélés dans des travaux antérieurs comme étant engagés dans la fonction cardiaque et vasculaire. Pour tester la première hypothèse et pour repérer les marqueurs génétiques qui présentent ce comportement, nous avons implanté un test de permutation sur la corrélation entre la condition expérimentale et les signaux de liaison obtenus pour les marqueurs et sur la différence des moyennes des signaux de liaison dans les deux périodes. Ensuite, nous avons utilisé une méthode de rééchantillonnage pour ajuster la signification des valeurs p des analyses de liaison par période ainsi que pour quantifier la liaison dynamique par rapport aux phénotypes, les génotypes et les familles testées. Pour tester la deuxième hypothèse, nous avons comparé les méthodes de la moyenne, l'analyse factorielle (AF) et l'analyse des composantes principales (ACP) dans le but de produire des phénotypes unidimensionnels qui ont été soumis aux tests d'association avec FBAT (Family based association tests). Les valeurs p issues des tests d'association ont été comparées avec des tests des différences des moyennes. Pour les deux périodes FA, PC et la méthode de la moyenne ont fourni des meilleurs résultats que la méthode d'ajustement traditionnelle (Bonferroni). Nous avons implanté une simulation nous permettant de confirmer que les méthodes choisies contrôlent l'erreur de type I attendu. Cette simulation-ci nous a permis aussi de relaxer les seuils de signification en calculant une valeur approximative du seuil de signification selon les données observées. Les résultats observés par simulation nous ont permis de confirmer que les techniques de réduction de dimensionnalité reflétant la corrélation et la variance commune entre les phénotypes intermédiaires de la pression artérielle nous ont permis d'améliorer les résultats des tests d'association. Les tests de liaison durant des tests physiologiques (liaison dynamique) ont rapporté quelques marqueurs et régions chromosomiques dernièrement répertoriés pour être associés à des processus cardiovasculaires. Les marqueurs génétiques liés dynamiquement non répertoriés pourraient être reliés aux facteurs génétiques qui seront à l'origine de réponses physiologiques.  ABSTRACT: Blood pressure (BP) is a complex trait resulting from several gene-environment interactions. It is likely that loci (a fixed position on a chromosome) involved in BP variation under physiological stimuli may also be involved in the development of blood pressure disorders and its complications. First, we hypothesized that the degree of genetic linkage varies with physiological responses. Second, we hypothesized that reduction techniques which reflect the common variance or the correlation between blood pressure intermediate phenotypes may improve the results of association tests. 258 individuals selected from a cohort of French Canadian families were subjected to orthostatic maneuvers, and systolic (SBP), diastolic (DBP) and mean arterial BP (MAP) and intermediate phenotypes (total peripheral resistance (TPR), heart rate (HR) and stroke volume (SV) were measured every 5 and 2 minutes during supine (30min) and after adopting the standing position (10 min) using cardiac impedance. Standing was associated with drastic changes in all phenotypic means and an increased variance compared with the supine period. BP was highly correlated with TPR and moderately correlated with SV and HR, whereas TPR and SV were also highly correlated. 1000 candidate genetic markers related to cardiac and vascular function were tested for genetic linkage at each measure in time. To test the first hypothesis, and to find the genetic markers that give rise to the effect of physiological stimuli, we used a step-down permutation test on the correlation between the experimental condition and the linkage statistics and on the difference between the linkage statistics into the different periods. We used a resampling based strategy to assess the significance of the linkage in each period and to confirm the dynamic linkage in some interesting markers. To test the second hypothesis we compared the average method, principal components (PC), and factor analysis (FA) to generate univariate traits for FBAT association studies during physiological testing on more than 300 markers selected from the linkage tests. The overall P-values obtained from FBAT with each method were compared using a means difference test. For both the supine and standing periods FA, PC and average method provided better overall FBAT p-values compared with the traditional Bonferroni adjustment. Using a permutation procedure we confirmed that the selected methods controls the type-I error and we compute an approximate signification threshold for each method. These observations suggested that reduction techniques which reflect the common variance or the correlation between blood pressure intermediate phenotypes may improve the results of association tests. Linkage analysis during physiological testing (dynamic linkage) reported significant markers and complete chromosomal regions lately reported as related to cardiovascular processes. On unknown or newly discovered regions dynamic linkage may uncover genetic factors that drive physiological responses


identifier: Gaudreault, J. (2009). Algorithmes pour la prise de décision distribuée en contexte hiérarchique  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse a pour objet la coordination entre entités autonomes. De manière plus précise, nous nous intéressons à la coordination dans un contexte hiérarchique. Les problèmes étudiés montrent les caractéristiques suivantes : (1) il s'agit de problèmes d'optimisation distribués, (2) le problème est naturellement décomposé en sousproblèmes, (3) il existe a priori une séquence selon laquelle les sous-problèmes doivent être résolus, (4) les sous-problèmes sont sous la responsabilité de différentes entités et (5) chaque sous-problème est défini en fonction des solutions retenues pour les sousproblèmes précédents. Parmi les principaux domaines d'application, on trouve les systèmes d'aide à la décision organisationnels et les problèmes de synchronisation dans les chaînes logistiques industrielles. Ce dernier domaine sert de fil conducteur dans cette thèse : le travail de plusieurs unités de production est nécessaire pour fabriquer et livrer les commandes des clients. Différentes alternatives sont possibles en ce qui a trait aux pièces à utiliser, au choix des processus de fabrication, à l'ordonnancement des opérations et au transport. Chaque partenaire désire établir son plan de production (quoi faire, où et quand le faire), mais il est nécessaire pour eux de coordonner leurs activités. Les méthodes utilisées en pratique industrielle peuvent être qualifiées d'heuristiques de coordination. À l'opposé, il existe des algorithmes d'optimisation distribués et exacts, notamment les techniques de raisonnement sur contraintes distribuées (Distributed Constraint Optimization Problems, ou DCOP). Cependant, ces derniers algorithmes s'accommodent mal de la nature hiérarchique des problèmes étudiés et pourraient difficilement être utilisés en pratique. Les forces et les faiblesses des méthodes heuristiques et exactes nous ont donc amené à proposer de nouvelles approches.  ABSTRACT: This thesis concerns multiagent coordination in hierarchical settings. These are distributed optimization problems showing the following characteristics: (1) the global problem is naturally decomposed into subproblems, (2) a sequence, defined a priori, exists in which the subproblems must be solved, (3) various agents are responsible for the subproblems, and (4) each subproblem is defined according to the solutions adopted for the preceding subproblems. Organizational distributed decision making and Supply chain coordination are among the main application domains. The latter case is more thoroughly studied in this thesis. In this kind of problem, the cooperation of several facilities is needed to produce and deliver the products ordered by external customers. However, different alternatives are possible regarding the parts to use, the manufacturing processes to follow, the scheduling of operations and the choice of transportation. Therefore, supply chain partners must coordinate their local decisions (e.g. what to do, where and when), with the common objective of delivering the ordered products with the least possible delay. The most commonly used coordination mechanisms can be described as heuristics. In contrast, some generic and complete distributed algorithms exist – researchers in Distributed Artificial Intelligence (DAI) have proposed a generic framework called Distributed Constraint Optimization Problem (DCOP). However, there are certain difficulties in mapping the actual business context (which is highly hierarchical) into the DCOP framework. Thus, based on the strengths and weaknesses of both the complete and heuristic approaches, we propose new approaches.


identifier: Hissoiny, S. (2009). Accélération du calcul de la dose en radiothérapie sur processeurs graphiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet présenté a trait à la planification de traitement en radiothérapie. Plus précisément, il a comme objectif de calculer la dose étant donné une configuration d'irradiation pour vérifier que celle-ci est conforme à la dose prescrite par le médecin traitant, et ce, de façon plus rapide que les techniques informatiques utilisées présentement. Le temps de calcul pour une dose complète est présentement de quelques minutes pour un calcul précis et on veut ramener ce délai à quelques secondes. Un module de calcul a été développé et inséré dans un logiciel de planification de traitement complet, PlanUNC, développé à l'Université de Caroline du Nord. Le module développé utilise la puissance de calcul d'une carte graphique pour réaliser la majeure partie du travail numérique. La plateforme CUDA de nVidia a été utilisée pour programmer la carte graphique. Le calcul de la dose consiste à déterminer la quantité de radiation primaire et secondaire à chaque unité de volume (voxel) représentant le modèle du patient tel qu'obtenu par une modalité d'imagerie médicale. Les données nécessaires pour réaliser ce calcul sont la densité de chaque voxel représentant le patient et les caractéristiques de l'accélérateur linéaire utilisé pour l'irradiation (énergie, spectre, collimation, etc.).  ABSTRACT: The project presented here is related to treatment planning in radiotherapy. More precisely, it is a mean of finding the configuration of irradiation, in terms of dosage, which will be able to answer the amount prescribed by the radio oncologist and this, in a way faster than the data-processing techniques used at present at the department of radio-oncology of the Centre hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM). The computing time is at present of in the order of one minute for a precise calculation and we want to bring this time to the order of a second. The dose calculation module is part of a complete treatment planning software, PLUNC, developed at the University of North Carolina. Our application uses the computing power which is available with the use of graphics hardware to complete most of the work. The CUDA platform,by nVidia, is used to program the graphics hardware. The calculation of the dose consists in determining the quantity of primary and secondary radiation to each unit of volume (voxel) forming the model of the patient. The data necessary to carry out this calculation are the density in all voxels forming the patient and a precise and detailed characterization of the irradiation beam as well as the ray which is produced.


identifier: Plouznikoff, A. (2009). Virtualisation d'interfaces matérielles : proposition, implémentation et évaluation d'un nouveau paradigme d'interactions humain-machine  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En acquérant de nouvelles fonctions, les machines environnantes ont vu leur interface se complexifier. Cette évolution rapide et non-contrôlée a mené à des interactions humainmachine moins performantes, forçant deux courants de pensées à émerger. Puisant dans l'informatique pervasive, le premier a favorisé le développement de machines intelligentes, en les augmentant de multiples senseurs pour automatiser la plupart de leurs fonctionnalités, afin de décharger leur interface et limiter les interactions humainmachine aux actions strictement essentielles. Le deuxième s'est concentré, entre autres, sur la formulation de philosophies de design (design centré sur l'utilisateur, conception pour tous, interfaces unifiées…) et sur l'élaboration de méthodes d'évaluation (cognitive walkthrough, évaluations heuristiques…), afin de simplifier et de standardiser ces interfaces. Bien que ces recherches ont et continuent de façonner le monde des interfaces humain-machine tel que nous le connaissons, il nous reste encore beaucoup de progrès à faire pour offrir, à chaque utilisateur et dans un marché de masse, des interfaces optimales et minimales, répondant spécifiquement à leurs besoins, à leurs modèles mentaux et à leurs préférences individuels.  ABSTRACT: As machines acquired new capabilities, their interfaces ultimately became more complex. This unrestrained and rapid evolution led to problematic man-machine interactions, forcing two currents of thought to emerge. Drawing upon pervasive computing, the first moved towards intelligent machines, using multiple sensors to automate most of their functionalities, to streamline their interfaces and to limit manmachine interactions to essential actions. The second focused, among other concepts, on design philosophies (user-centered design, design for all, unified interfaces…) and evaluation methods (cognitive walkthrough, heuristic evaluations…), in a quest to simplify and standardize these interfaces. While such research shaped and continues to shape the world of man-machine interfaces as we know it, we are still far from offering, in a mass-market environment, ideal and minimal interfaces, tailored to a user's specific and individual needs, mental models and preferences.


identifier: Gheorghe, L. (2009). Continuous/Discrete Co-Simulation Interfaces from Formalization to Implementation  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes sur puce sont de plus en plus complexes, pas seulement en terme de densité de composants sur la même puce mais aussi en terme d‘hétérogénéité des modules spécifiques pour différents domaines d'application (mécanique, électrique, optique, biologique chimique). On retrouve ces systèmes dans un grand éventail d'applications et dans divers industries tels que l'automobile, l'aéronautique, la santé, l'électroniques et autres. Ces systèmes hétérogènes multi-domaine permettent de nouvelles applications et la création de nouveaux marchés. Cette thèse se concentre sur la conception et la simulation des systèmes hétérogènes embarqués. Les modèles temps-continu et événement discret sont le noyau de la conception des systèmes multi-domaine. On présente ici l'analyse de modèles d'exécution et modèles de synchronisation des systèmes hétérogènes continu/discret, la définition d'une méthodologie générique pour la conception des outils de co-simulation des systèmes hétérogènes continus/discrets et la validation de la méthodologie par applications – la réalisation d'un cadre de co-simulation pour les systèmes continu/discret. La méthodologie exploite les techniques de vérification formelle et de la simulation. La conception des outils de simulation est basée sur la définition d'une architecture générique des interfaces de simulation ainsi que sur des modèles de synchronisation vérifiés formellement. La méthodologie a été utilisée pour l'implémentation d'un régulateur de niveau de glycémie. Une partie de la méthodologie a été adaptée pour la formalisation, la modélisation et la vérification formelle d'un réseau optique sur puce.  ABSTRACT: Today's systems-on-chip are growing in complexity as a result of a higher density of components on the same chip, and also on account of the heterogeneity of different modules that are particular to different application domains (i.e. mechanical, electrical, optical, biological and chemical). These systems can be found in a broad and diverse spectrum of applications in many industries, including but not limited to Automotive, Aerospace, Health Care and, Consumer Electronics. These multi-domain heterogeneous systems enable new applications and the creation of new markets. This thesis focuses on the design and the simulation of heterogeneous embedded systems, more specifically on continuous/discrete heterogeneous systems. Continuous-time and discrete-event models are at the core of the design of multi-domain systems. We present here a generic, language independent methodology for the design of continuous/discrete heterogeneous systems. This methodology is the basis for design of a new framework providing the interfaces that are in charge with the heterogeneous components adaptation. The methodology was successfully used for the implementation of different continuous/discrete systems such as: a glycemia level regulator, an analog/digital converter, a PID controller, a production chain control system and wimax system. Parts of the proposed methodology were adapted for the formalization, modeling and verification of an optical network on chip.


identifier: Chamam, A. (2009). Mécanismes optimisés de planification des états des capteurs pour la maximisation de la durée de vie dans les réseaux de capteurs sans fil.  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis leur création, les réseaux de communication sans fil ont connu un engouement fulgurant qui ne cesse de croître au sein des communautés scientifiques et industrielles. Ainsi, le paradigme sans fil a vu naître, au cours de son évolution, diverses architectures dérivées, telles que les réseaux cellulaires, les réseaux locaux sans fil, les réseaux WiMax, etc. Durant la dernière décennie, un nouveau type de réseau sans fil a suscité un grand intérêt auprès de la communauté scientifique, il s'agit des réseaux ad hoc et des réseaux de capteurs sans fil (RCSF). Ce nouveau type de réseau se distingue des réseaux sans fil classiques par l'absence d'infrastructure (ou structure) préétablie et par la versatilité de ses noeuds (i.e., ces derniers peuvent s'ajouter au réseau ou en disparaître d'une manière assez aléatoire). Un RCSF est composé d'un ensemble d'unités de traitements embarquées, appelées capteurs, communiquant via des liens sans fil et dont la fonction principale est la collecte de paramètres relatifs à l'environnement qui les entoure, telles que la température, la pression ou la présence d'objets. Les RCSF trouvent leur application dans diverses activités de la société, tels les processus industriels, les applications militaires de surveillance, l'observation et le suivi d'habitat, etc. À cause de la nature intrinsèque de leur fonctionnalité, les capteurs ont une contrainte principale : leur source d'énergie est limitée et presque jamais renouvelable. Ceci place l'optimisation de l'énergie consommée par les capteurs et la maximisation de la durée de vie des RCSF au centre des défis posés par ces réseaux.  ABSTRACT: Since their creation, wireless communication networks have witnessed a huge success that continues to grow in scientific and industrial communities. During its evolution the wireless paradigm has given birth to various derivative architectures, such as cellular, WiNIax and wireless local area networks. During the last decade, a new type of wireless networks has stirred up great interest within the scientific community ; it consists in mobile ad hoc networks (MANETS) and wireless sensor networks (WSN). This new type of networks differs from conventional wireless networks by the absence of predetermined infrastructure (or structure) and by the versatileness of its nodes (i.e., any node can join the network or leave it in a pretty random manner). A WSN consists of a set of embedded processing units, called sensors, communicating via wireless links, whose main function is the collection of parameters related to the surrounding environment, such as temperature, pressure or the presence/motion of objects. WSN are expected to have many applications in various fields, such as industrial processes, military surveillance, observation and monitoring of habitat, etc. Because of the intrinsic nature of their intended applications, sensors have a major constraint : their energy source is usually limited and hardly renewable. This turns energy optimization and network lifetime maximization in WSN into real challenges. In this thesis, we address the problem of maximizing the network lifetime of WSN through optimal sensor state planning, with a view to minimizing the total dissipated energy while ensuring a fair balance of energy consumption over all sensors. This involves such techniques as cluster formation and switch-off of some sensors, while conforming to the application-related constraints, such as total coverage of the area monitored by the sensors and the presence of a routing topology composed of cluster heads.


identifier: Girodias, B. (2009). Optimisation des mémoires dans le flot de conception des systèmes multiprocesseurs sur puces pour des applications de type multimédia  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les systèmes multiprocesseurs sur puce (MPSoC) constituent l'un des principaux moteurs de la révolution industrielle des semi-conducteurs. Les MPSoCs jouissent d'une popularité grandissante dans le domaine des systèmes embarqués. Leur grande capacité de parallélisation à un très haut niveau d'intégration, en font de bons candidats pour les systèmes et les applications telles que les applications multimédia. La consommation d'énergie, la capacité de calcul et l'espace de conception sont les éléments dont dépendent les performances de ce type d'applications. La mémoire est le facteur clé permettant d'améliorer de façon substantielle leurs performances. Avec l'arrivée des applications multimédias embarquées dans l'industrie, le problème des gains de performances est vital. La masse de données traitées par ces applications requiert une grande capacité de calcul et de mémoire. Dernièrement, de nouveaux modèles de programmation ont fait leur apparition. Ces modèles offrent une programmation de plus haut niveau pour répondre aux besoins croissants des MPSoCs, d'où la nécessité de nouvelles approches d'optimisation et de placement pour les systèmes embarqués et leurs modèles de programmation. La conception niveau système des architectures MPSoCs pour les applications de type multimédia constitue un véritable défi technique. L'objectif général de cette thèse est de relever ce défi en trouvant des solutions. Plus spécifiquement, cette thèse se propose d'introduire le concept d'optimisation mémoire dans le flot de conception niveau système et d'observer leur impact sur différents modèles de programmation utilisés lors de la conception de MPSoCs. Il s'agit, autrement dit, de réaliser l'unification du domaine de la compilation avec celui de la conception niveau système pour une meilleure conception globale. La contribution de cette thèse est de proposer de nouvelles approches pour les techniques d'optimisation mémoire pour la conception MPSoCs avec différents modèles de programmation. Nos travaux de recherche concernent l'intégration des techniques d'optimisation mémoire dans le flot de conception de MPSoCs pour différents types de modèle de programmation. Ces travaux ont été exécutés en collaboration avec STMicroelectronics.  ABSTRACT: Multiprocessor systems-on-chip (MPSoC) are defined as one of the main drivers of the industrial semiconductors revolution. MPSoCs are gaining popularity in the field of embedded systems. Pursuant to their great ability to parallelize at a very high integration level, they are good candidates for systems and applications such as multimedia. Memory is becoming a key player for significant improvements in these applications (i.e. power, performance and area). With the emergence of more embedded multimedia applications in the industry, this issue becomes increasingly vital. The large amount of data manipulated by these applications requires high-capacity calculation and memory. Lately, new programming models have been introduced. These programming models offer a higher programming level to answer the increasing needs of MPSoCs. This leads to the need of new optimization and mapping approaches suitable for embedded systems and their programming models. The overall objective of this research is to find solutions to the challenges of system level design of applications such as multimedia. This entails the development of new approaches and new optimization techniques. The specific objective of this research is to introduce the concept of memory optimization in the system level conception flow and study its impact on different programming models used for MPSoCs' design. In other words, it is the unification of the compilation and system level design domains. The contribution of this research is to propose new approaches for memory optimization techniques for MPSoCs' design in different programming models. This thesis relates to the integration of memory optimization to varying programming model types in the MPSoCs conception flow. Our research was done in collaboration with STMicroelectronics.


identifier: Najem, M. (2009). Model-Checking symbolique pour la vérification de systèmes et son application aux tables de décision et aux systèmes d'éditions collaboratives distribuées  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le cycle de vie de tout système logiciel, une phase cruciale de formalisation et de validation au moyen de vérification et/ou de test induit une identification d'erreurs probables infiltrées durant sa conception. Cette détection d'erreurs et leur correction sont avantageuses dans les premières phases de développement du système afin d'éviter tout retour aux travaux ardus d'analyse de spécifications et de modélisation du système précédant sa réalisation. Par conséquent, cette étape mise en oeuvre à travers des méthodes et des outils formels dans les phases amont de la conception contribue à augmenter la confiance des concepteurs et utilisateurs vis-à-vis de la fonctionnalité du système. L'objectif de cette maîtrise s'insère dans le cadre d'une recherche qui vise à exploiter une technique formelle spécifique d'analyse de programmes et de spécifications: l'exécution symbolique combinée au model-checking. Cette technique représente une approche émergente à laquelle les chercheurs ont porté une attention particulière ces dernières années. D'une part, l'exécution symbolique permet d'explorer les chemins d'exécution possibles d'un programme modélisant un système avec des variables d'entrée non initialisées, en d'autres termes en manipulant des variables abstraites ou "symboliques". Ces chemins caractérisent ainsi le comportement du programme de manière abstraite. D'autre part, le model-checking permet d'explorer systématiquement ces différents chemins d'exécution à l'aide d'une énumération exhaustive des états accessibles afin de générer ultérieurement des contreexemples en cas de violation de propriétés du système. De ce fait, l'exécution symbolique combinée au model-checking englobe les points forts de ces deux techniques octroyant aux concepteurs du système une compréhension accrue des situations d'erreur dans les contre-exemples ainsi générés.  ABSTRACT: Verification is one crucial activity in any software life cycle. Its major role is to ensure an identification of potential design and implementation flaws integrated in the software system during its development process. Such an identification leads to eventual corrections in the early steps of the development cycle, thus avoiding tedious work otherwise required in the system requirements' reanalysis as well as in its remodelling preceding its deployment. As a consequence, the verification step is rigorously put into practice through formal methods and tools. Given such a formalisation contributes to give another level of insurance to both the system's designers and users. This thesis is related to a research which aims at applying one specific formal method in program and requirements analysis: symbolic execution intertwined with model checking. This technique has known a major development in the past few years, thus raising interest among researchers in the field. On one hand, symbolic execution explores all possible execution paths of a program modelling a system using uninitialised input variables. As its name implies, this specific execution deals with abstract or "symbolic" variables. Hence, those visited paths characterise the abstract program behaviour. On another hand, model checking ensures a systematic exploration of those different execution paths through an exhaustive visit of all reachable states. This approach is necessary for subsequent generation of counterexamples in case of property violations within the system. Therefore, symbolic execution along with model checking is a resulting approach enforced with advantages of both techniques. This yields a higher degree of interpreting the retrieved flaws provided through generated counterexamples, for even the most sophisticated systems.


identifier: Spaeth, A. (2009). Sélection de question et choix de classificateur pour questionnaires adaptatifs  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les environnements d'apprentissage prennent une place de plus en plus grande dans les techniques modernes d'éducation. L'évaluation des connaissances d'un individu est au coeur de ces environnements. Pour déterminer ecacement ce niveau de connaissances, le recours aux systèmes de test assistés par ordinateurs est de plus en plus fréquent. Notamment, on cherche généralement à minimiser la longueur des questionnaires et donc le nombre de questions posées. Ces systèmes nécessitent la création d'un modèle de connaissance qui peut être créé par des experts du domaine ou par une approche statistique tirant parti de données existantes. Parmi ces approches statistiques, les réseaux bayésiens restent très largement utilisés. Cependant, certains auteurs démontrent qu'il existe des techniques qui semblent plus pertinentes et on observe par ailleurs que des techniques basiques de la fouille de données ne sont pas utilisées dans ce cadre.  ABSTRACT: Adaptive learning environments are based on the modeling and the evaluation of a student. There are many approaches to handle this problematic. For instance, probabilistic and learning techniques are convenient because they allow to automatize the process and to describe the student skill with uncertainty. In previous articles, authors claimed that a solution with a Bayesian framework called POKS (for Partial Order Knowledge Structure) can outperform Bayes network for this type of work. But the comparison between this techniques and classical datamining techniques doesn't exist.


identifier: Morin, F. (2009). Recalage automatique de séquences vidéo infrarouge et visible basé sur les trajectoires des objets en mouvement  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le projet présenté dans ce document porte sur une nouvelle méthode pour effectuer le recalage entre deux séquences vidéo de spectres différents soit l'une du spectre visible et l'autre du spectre infrarouge. Un recalage consiste à retrouver la matrice de transformation qui permet de passer d'un référentiel à un autre. Dans ce projet en particulier, il s'agit de trouver la matrice de transformation affine qui permet de passer du référentiel de la caméra infrarouge à celui de la caméra couleur. Ce recalage est effectué pour chaque trame. Pour y arriver, la méthode proposée se base sur les trajectoires des objets en mouvement ainsi que sur des combinaisons d'images d'avantplan en recouvrement. Plusieurs méthodes de recalage multispectral ont été proposées dans la littérature. Cependant, il n'est pas toujours possible d'appliquer ces techniques dans le cas spécifique d'un recalage entre des images couleur et infrarouge. Il existe cependant une méthode qui semble avoir un bon potentiel. Il s'agit de la méthode de Caspi, Simakov, & Irani (2006). Cette méthode utilise uniquement les trajectoires des objets en mouvement pour retrouver la matrice de transformation entre les deux caméras. Cet article fut la principale source d'inspiration de ce mémoire.  ABSTRACT: This project is about a new registration method between a color video and an infrared video. Registration is to find the transformation matrix from which you can pass from one set of coordinates to another, for example, between two cameras. In this project, this transformation matrix is an affine transformation matrix. This registration is done frame by frame. It uses two kinds of information: the trajectories of moving objects and an overlapped picture made from combinations of foreground pictures. Multiple multispectral registration methods were found in the literature but not all of these methods can be used for the specific case of an infrared-color registration. Even so, a specific method (Caspi et al., 2006) seems promising to achieve this kind of registration. This method uses only trajectories of moving objects to find the transformation matrix. This article is the principal inspiration of this work.


identifier: Cherry, S. (2009). Étude empirique du travail collaboratif ad hoc réalisé au cours d'un processus de génie logiciel  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Considérée d'abord et avant tout comme une tâche purement technique, la construction de logiciels est néanmoins de plus en plus reconnue comme une activité définitivement humaine. Tandis qu'elle constitue une tâche cognitive intense en plus de représenter «un exercice en complexes interrelations» tel qu'évoqué par Fred Brooks en 1975 (Brooks, 1975), plusieurs facteurs humains sont de ce fait impliqués lors du développement d'un logiciel. Ce document présente donc une recherche empirique qui a été entreprise dans le cadre d'une étude de cas industrielle et qui a pour but d'analyser l'un des nombreux aspects humains impliqués en génie logiciel, soit le travail collaboratif ad hoc qui a lieu entre les concepteurs de logiciels au cours d'un processus de génie logiciel.  ABSTRACT: Recognized above all as a technical task, the construction of software is nevertheless more and more acknowledged as a genuine human experience for the most part. While being an intensive cognitive task in the same time as it also constitutes “an exercise in complex interrelationships” as expressed by Fred Brooks in 1975 (Brooks, 1975), many human factors are thus involved during the development of a software. This document presents an empirical research that was undertaken in a industrial software engineering setting with the aim of examining one of the various human aspects of software development: the ad hoc collaborative activities taking place between teammates during a software development process.


identifier: Fosso Wamba, S. (2009). Les impacts de la technologie RFID et du réseau EPC sur la gestion de la chaîne d'approvisionnement : le cas de l'industrie du commerce de détail  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: RÉSUMÉ» : Définie comme une technologie sans-fil d'identification et de collecte automatique des données, la technologie d'identification par radiofréquence (RFID) est en train d'émerger comme un nouveau système inter-organisationnel, qui va profondément transformer les processus et pratiques d'affaires de la chaîne d'approvisionnement. Toutefois, l'importance de la co-adoption de la technologie RFID et du réseau EPC dans la chaîne d'approvisionnement a jusqu'à présent reçu peu d'attention dans la littérature et très peu d'études empiriques ont été menées sur la valeur et les impacts de cette co-adoption de la RFID et du réseau EPC dans un contexte de chaîne d'approvisionnement. Cette recherche représente un premier effort visant à combler cette lacune dans la littérature sur ces questions spécifiques.  Notre étude s'appuie sur la revue de littérature existante sur la technologie RFID et le réseau EPC, la théorie de la gestion de l'innovation, la gestion de la chaîne et les systèmes inter-organisationnels pour répondre aux questions de recherche suivantes : (i) Que comprend précisément la technologie RFID?; (ii) Quelle est l'infrastructure minimale que requiert cette technologie?; (iii) Quel lien existe-t-il entre la technologie RFID et le réseau EPC?; (iv) Quel rôle pourrait jouer un laboratoire universitaire dans le processus d'adoption de la technologie RFID et du réseau EPC?; (v) Quels sont les impacts de la technologie RFID et du réseau EPC sur les processus d'affaires et les flux d'informations intra- et inter-organisationnels, sur la main-d'œuvre, et sur les modèles d'affaires; (vi) Quelles sont les stratégies à mettre en œuvre pour, d'une part, guider l'élaboration et la mise en œuvre des divers scénarios d'adoption intégrant la technologie RFID et le réseau EPC et, d'autre part, faciliter la communication entre les différents acteurs impliqués dans le processus d'identification des modèles d'affaires appropriés et les infrastructures technologiques pouvant supporter l'adoption d'un scenario intégrant de ces technologies?  ABSTRACT: Defined as a wireless automatic identification and data capture (AIDC) technology, the Radio frequency identification (RFID) technology is emerging as an innovative inter-organizational system (IOS) that will profoundly transform the supply chain business processes and practices. However, the importance of the co-adoption of RFID and the EPC network within the supply chain has so far received insignificant attention in the literature and very few empirical studies have been conducted on the value and impacts of the co-adoption of RFID and EPC network in a supply chain context. This research represents an initial effort towards bridging the existing knowledge gap on these specific issues.  Our study draws from the literature review on the RFID technology and the EPC network, the innovation management theory, the supply chain management and the inter-organizational systems to examine the following research questions : (i) What precisely does the RFID infrastructure include?; (ii) What is the link between the RFID technology and the EPC network? (iii) What role could play a university-based laboratory in the adoption process of the RFID technology and the EPC network?; (iv) What are the impacts of the RFID technology and the EPC network on intra-organizational and inter-organizational business processes and information flows, on the workforce, and on the existing business models; (v) What strategies should be implemented in order to, first, guide the development and the implementation of various adoption scenarios integrating the RFID technology and the EPC network, and, secondly, facilitate communication between the different stakeholders involved in the process of identifying the appropriate business models and technological infrastructure supporting the adoption of an optimal scenario integrating these technologies?


identifier: Seddaoui, D. (2009). Mesure et modélisation de la magnétoimpédance non linéaire dans les conducteurs magnétiques cylindriques  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

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abstract: RÉSUMÉ: La magnétoimpédance géante (MIG) est la variation, sous l'influence d'un champ magnétique statique, de la tension aux bornes d'un conducteur ferromagnétique doux traversé par un courant sinusoïdal. Lorsque l'amplitude du courant est relativement faible, typiquement inférieure à 1 mA pour un fil de quelques dizaines de micromètres de diamètre, la réponse en tension est aussi sinusoïdale. La MIG est dite linéaire. À plus fort courant, des distorsions se superposent à la réponse sinusoïdale. Le phénomène est alors appelé MIG non linéaire. Malgré le fait que la majorité des mesures expérimentales rapportées dans la littérature soient faites en régime non linéaire, les modèles théoriques développés pour expliquer les résultats observés utilisent souvent l'approximation linéaire. Pour cette raison, nous entreprenons, par le biais de cette thèse, d'offrir une meilleure compréhension de la MIG dans son régime non linéaire, en effectuant une étude expérimentale suivie d'une modélisation du signal réponse ainsi que de ses différentes harmoniques. Tout d'abord, une série de mesures à différentes amplitudes et fréquences du courant à été effectuée sur des microfils MXT libres ou soumis à des contraintes de tension et de torsion. Cette étude a révélé un caractère diversifié et instable des harmoniques d'ordre pair en fonction de tous les paramètres de mesure contrairement aux harmoniques d'ordres impairs dont la variation est régulière. La sensibilité de la tension au champ magnétique a aussi été optimisée par rapport à sa valeur obtenue dans le régime linéaire.  Les résultats des mesures ont été expliqués d'une manière qualitative grâce au modèle dit "quasi-statique" basé sur la minimisation de l'énergie libre du système.  L'échantillon est considéré comme étant parfaitement cylindrique de structure  ABSTRACT: Giant magnetoimpedance (GMI) is a change in the voltage across a soft ferromagnetic conductor carrying sinusoidal current due to a change in applied magnetic field along the current axis. When the current amplitude is relatively low, typically below 1 mA for a wire of a few tens of micrometers, the voltage is sinusoidal. GMI is then linear. At higher current, distortions appear in the voltage response, leading the GMI to be non-linear. Despite the fact that most GMI experimental measurements reported in the literature were performed in the non-linear regime, the theoretical models developed in order to explain the observations generally use the linear approximation. For this reason, we felt the necessity of providing better comprehension of GMI in the non-linear regime by performing an experimental study, and modeling the response signal and its harmonics. First, a series of measurements at different current amplitudes and frequencies were performed on MXT microwires, both stress free and submitted to tensile or torsional stress. This study reveals that the even harmonics are unstable and change drastically when the experimental parameters are varied, whereas the odd harmonics are quite regular. We were also able to optimize the field sensitivity of the voltage, in comparison with its value in the linear regime.  The experimental results could be qualitatively explained using the so called quasi-static model, based on the minimisation of the free energy of the system. The sample was assumed to be perfectly cylindrical with a magnetic structure consisting of a homogeneous inner core with axial easy axis surrounded by a shell with helical easy axis. The use of the Stoner-Wohlfarth astroid of critical switching fields was pedagogically very useful.


identifier: El Ouaaid, Z. (2009). Modélisation de la colonne vertébrale par la méthode des éléments finis basée sur la cinématique incluant le critère de la stabilité  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: En biomécanique de la colonne vertébrale, une évaluation précise des forces musculaires et des charges spinales (par exemple les forces de compression qui agissent sur les disques intervertébraux) au cours des activités professionnelles et récréationnelles, représente un axe principal de plusieurs recherches et demeure encore un défi à surmonter. Les modèles biomécaniques sont considérés comme des outils fiables qui permettent de déterminer les forces musculaires du tronc et les forces de compression et de cisaillement qui agissent sur les segments lombaires. En générale, ces forces sont calculées en établissant l'équilibre entres les moments internes dus aux structures actives (muscles) et passives (les vertèbres, disques et ligaments) et les moments externes (charges externes, charges d'inertie et charges de gravité du tronc). En raison de la redondance des équations d'équilibres liée au nombre d'inconnus (forces musculaires), les techniques d'optimisation ont été employées afin de minimiser certaines fonctions objectives. Cependant cette technique ne permet pas de prédire les forces musculaires antagonistes. L'objectif de ce travail est de développer un algorithme d'optimisation qui permet d'estimer les forces musculaires abdominales (en tant que muscles antagonistes) qui maximisent la stabilité du tronc et minimisent le risque des maux de dos. Cet algorithme est basé sur la méthode cinématique, la méthode des éléments finis, la méthode d'optimisation lagrangienne et la méthode de régression. Un modèle non-linéaire d'éléments finis symétrique dans le plan sagittal, basé sur la méthode cinématique et d'optimisation lagrangienne a été utilisé pour résoudre la redondance des équations d'équilibre de la colonne vertébrale en posture debout droite et durant les tâches de levage. Ce modèle est composé de six poutres déformables qui représentent les disques intervertébraux au niveau T12-S1 et des éléments rigides qui représentent les vertèbres T1-S1. L'architecture musculaire est symétrique dans le plan sagittal et comprend 46 faisceaux musculaires locaux qui joignent les vertèbres lombaires avec le pelvis à l'exception du muscle iliopsoas qui prend son origine sur le fémur, et 10 faisceaux musculaires globaux qui relient la cage thoracique au pelvis.  ABSTRACT: A precise assessment of muscle forces and spinal loads (e.g. compression forces acting on the intervertebral discs) during the occupational and recreational activities, though the main focus of several studies, remains still a challenge to overcome. Biomechanical models are considered as reliable tools to determine the trunk muscle forces, compression forces and shear stress acting on the lumbar vertebrae. Generally, these forces are calculated by balancing internal moments due to active (muscles) and passive (the vertebrae, discs and ligaments) structures as well as external moments (external loads, inertial loads and gravity of the trunk). Due to the redundancy in equations due to the number of unknowns (muscle forces), optimization techniques have been employed in minimizing certain objective functions. However these techniques do not predict antagonistic muscle forces. The objective of this work is to develop an optimization algorithm for estimating the abdominal muscle forces (while acting antagonistically) that maximizes the trunk stability and minimizes the risk of back pain, either separately or both together. This algorithm is based on the kinematics-driven finite element method, Lagrangian optimization and regression method. A non-linear sagittaly-symmetric finite element model based on the kinematics-driven algorithm and Lagrangian optimization was used to resolve the redundancy of equilibrium equations of the spine in upright standing posture during lifting tasks. This model consists of six deformable beams representing the intervertebral discs at T12-S1 and rigid elements that represent the T1-S1 vertebrae. The muscular architecture includes 46 local muscle fascicles joining the lumbar vertebrae to the pelvis with the exception of the iliopsoas muscle which originates from the femur, and 10 global muscle fascicles that connect the ribs to pelvis. The mechanical properties and anatomy of the spine are taken from the literature. Small intersegmental rotations associated with the standing upright posture calculated by optimization have been incorporated in this finite element model. To calculate the compressive and shear forces, global and local muscle forces have been estimated by Lagrangian optimization and, subsequently, were applied as external loads acting on the intervertebral discs.


identifier: Ste-Marie, M. (2009). Étude et modélisation du frittage de pièces moulées par injection de poudres métalliques d'acier inoxydable et de superalliage de nickel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Une modélisation statistique du retrait et de la densité en fonction du profil thermique lors du frittage a été faite sur des pièces moulées par le procédé d'injection de poudres métalliques Maetta pour des alliages d'acier inoxydable et un superalliage de nickel. Le procédé Maetta est un procédé d'injection de poudres à basse pression; cette technologie est compétitive pour des moyennes séries et des géométries complexes. Les données recueillis montrent comment diminuer la variabilité dimensionnelle, optimiser le coût et les propriétés mécaniques des alliages choisis avec les équipements Maetta. Les échantillons ont été injectés avec les mélangeurs Maetta et avec des presses pneumatiques. Ensuite, le liant a été extrait par déliantage capillaire. Les frittages ont été faits suivant un plan d'expériences (DOE). Les mesures de densité frittée par la méthode d'Archimède et du retrait dimensionnel obtenues ont permis de bâtir des modèles statistiques de frittage en fonction de la chauffe finale, de la température finale et du temps de frittage. Les résultats permettent de prédire la densité des pièces frittées avec une erreur relative de 0,25%. La prédiction du retrait dimensionnel est moins précise, l'erreur relative est de 2,2%. Cette méthode de modélisation pourrait être le début d'une démarche plus complète pour simuler le retrait dimensionnel lors du procédé d'injection de poudre Maetta. Elle tient compte du profil de frittage, mais n'intègre pas la géométrie de la pièce, les caractéristiques des poudres et le déliantage. Ces effets devront être additionnés pour obtenir un modèle statistique complet.  ABSTRACT: Stainless Steel and Superalloy parts have been obtained by Maetta metal injection molding process to understand the sintering and to build a model of the shrinkage and the density by DOE after sintering. Maetta process consists of low pressure injection molding; this technology is competitive for medium series and complex geometries. The experimental procedure shows how to reduce the dimensions variability and to optimise the cost and the mechanical properties for the chosen alloys on Maetta equipments. The parts have been injected with a Maetta mixer and pneumatic presses. After that, the binder removal was done by capillary debinding. All sintering have been managed following a design of experiment (DOE) plan. The results of density measured by the Archimede's method and shrinkage were obtained by a regression model as a function of final heating ramp, soaking temperature and time. The simulation predicts experimental results with a relative error of 0,25% on the density and 2,2% for the shrinkage. The model is a good way to begin a complete simulation that regroups all effects on the dimensions of sintered parts for the Maetta process. The effects of the geometry, powder characteristics and debinding step on density and dimensions after sintering are not added in this study. Other studies would be necessary to build a global simulation.