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Coordination, Coopération & Commande des Systèmes Complexes

Co4Sys : Coordination, Coopération & Commande des Systèmes Complexes

L’équipe CO4SYS se préoccupe de la modélisation, de la commande et de la supervision des systèmes dynamiques complexes artificiels (systèmes cyberphysiques). Ces systèmes sont constitués d’un grand nombre d’entités (agents) en interaction. Ces interactions sont souvent non linéaires et contiennent des boucles de rétroaction. Les agents sont en général faiblement couplés et la topologie des interactions joue un rôle fondamental dans l’émergence de comportements globaux.  L’existence de contraintes (locales ou globales) est une caractéristique fréquente des systèmes étudiés. La complexité et la fragilité de solutions globales conduit à la conception d’approches distribuées dans lesquelles les agents ont une part d’autonomie et construisent dynamiquement, au travers de leurs interactions, de l’auto-organisation.
 

L’équipe s’intéresse donc aux systèmes physiquement distribués dans lesquels cohabitent des agents aux capacités réactives et cognitives, devant trouver des compromis entre des objectifs locaux et globaux potentiellement incompatibles, raisonnant avec des connaissances partielles du système global et devant assurer un routage dynamique et non sûr de la communication.

Le projet scientifique de l’équipe est fondamentalement un projet cybernétique(*), qui nécessite l’intégration d’approches complémentaires de l’automatique (théorie des systèmes), de l’informatique (systèmes multi-agents, apprentissage) et des réseaux (de communication, complexes). Il est centré autour du développement d’approches distribuées pour les systèmes cyberphysiques et articulé en quatre thèmes :

  • apprentissage (développemental, par renforcement, SLAM – simultaneous localization and mapping)
  • résilience (cohésion, confiance, test, diagnostic et supervision)
  • systèmes hétérogènes (coordination/coopération, auto-organisation, organisations sociales)
  • systèmes multiphysiques (optimisation pour la commande, systèmes complexes, systèmes thermodynamiques, systèmes hamiltoniens à ports)
 
(*) WIENER, Norbert. Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine. MIT press, 2019.

Les Axes de Recherches

Systèmes cyber-physiques par approches psychologiques et sociales

Nous développons des approches basées sur des métaphores psychologiques et sociales pour l’apprentissage, la commande et l’organisation sociale dynamique d’agents autonomes au sein de collectifs cyberphysiques. Il s’agit entre autres de mécanismes bio-inspirés, combiné à des outils d’optimisation ou d’apprentissage artificiel, permettant la localisation d’agents autonomes, la navigation dans des environnements encombrés, l’apprentissage cumulatif de comportements complexes (approche constructiviste), ainsi que le développement de comportements sociaux affectés par des mécanismes de contagion émotionnelle

Systèmes collectifs embarqués

Une coopération entre l’équipe Co4Sys et l’équipe CTSYS concerne en particulier le test de systèmes multiagent embarqués. Il s’agit de faire évoluer et améliorer l’algorithme d’accès aux informations dans les graphes représentants les agents du réseau de capteurs et d’automatiser les tests.

Nous développons également des architectures de commande flexibles pour une classe de systèmes cyber-physiques, en exploitant la description différentielle plate de leur dynamique et des méthodes d’apprentissage artificiel. Les applications visées sont ici la surveillance et la reconstruction 3D avec une équipe de robots mobiles, l’agriculture de précision et les systèmes énergétiques micro-réseaux à courant continu. Dans ces applications, des tâches critiques nécessitent la présence de plusieurs agents et des stratégies de coordination, de communication et d’optimisation du temps et de l’énergie consommée

Systèmes auto-organisés et émergents

Un système complexe artificiel peut être composé de plusieurs systèmes composants qui peuvent être des systèmes émergents ou auto-organisés. Ces systèmes émergents mettent en avant des productions collectives obtenues par la coopération des entités qui les constituent dans un contexte totalement décentralisé. La difficulté d’observation et de contrôle des systèmes de systèmes émergents résultants est liée à la difficulté de détecter, d’inscrire et de manipuler les productions collectives. Il est nécessaire de travailler sur l’observation, la conception et le contrôle de ces systèmes particuliers qui doivent reposer sur une vision multi-niveaux des structures et des comportements. Nous nous intéressons plus particulièrement à la détection et la manipulation de structures ou comportements émergents, aux mécanismes d’interaction entre systèmes émergents et à l’accompagnement méthodologique de leur composition.

Un projet particulier concerne la coopération de systèmes hétérogènes pour la création d’écosystèmes intelligent avec une application à la gestion des ressources et des catastrophes naturelles. Il s’agit d’élaborer des architectures susceptibles de voir émerger des organisations sociales différentes (et pas seulement des instanciations différentes de la même organisation) et de connaître des changements d’organisation (non planifié) permettant de s’adapter aux variations de l’environnement

Systèmes multi-physiques

Nous développons des approches discrètes structurées pour la modélisation et la commande des systèmes dynamiques. Ces approches reposent soit sur la discrétisation géométrique préservant les propriétés et la structure des systèmes multi-physiques, soit sur la modélisation discrète de la physique de ces systèmes. Nous menons en parallèle des travaux d’unification des concepts d’analyse et de conception de lois de commande basée sur la thermodynamique, avec des applications notamment à la gestion de réseaux d’assainissement (complex water systems) et à l’étude de réseaux métaboliques. Nous nous intéressons également à la conception de la commande sous contraintes basée sur l’optimisation (e.g., MPC économique, NMPC) avec des garanties de sécurité et des applications, notamment aux procédés industriels

Les membres de l’équipe CO4SYS

Portrait Jean-Paul JAMONT

Jean-Paul JAMONT

Professeur des universités

Laurent LEFEVRE

Responsable d’équipe, Professeur des universités

Portrait Denis Genon-Catalot

Denis GENON-CATALOT

Maître de conférences

Portrait Damien Genthial

Damien GENTHIAL

Maître de conférences

Eduardo MENDES

Professeur des universités

Portrait Annabelle Mercier

Annabelle MERCIER

Maître de conférences

Ionela PRODAN

Maître de conférences

Simon GAY

Maître de conférences

Clément RAIEVSKY

Maître de conférences

Michel OCCELLO

Professeur des universités

François SURO

Maître de conférences

Denis DOCHAIN

Professeur émérite

Huu Thinh DO

Doctorant

Vincent MARGUET

Doctorant

Karem HAFSI

Doctorant

Romain LIEVIN

Doctorant

Maximilian MOGLER

Doctorant

Duc-Tri VO

Doctorant

Minh Tuan Dinh

Doctorant

Weikang ZENG

Doctorant

Julien SOULE

Doctorant

La liste complète des membres du laboratoire se trouve ici.

Les équipes recherchent et accueillent régulièrement des nouveaux chercheurs et doctorants afin de contribuer à leurs recherches.

Les Publications

Les publications depuis 2018, date de naissance de l’équipe, sont  accessibles sur l’archive ouverte HAL (Hyper Article en Ligne) :

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