Exploration autonome et efficiente de chantiers miniers souterrains inconnus avec un drone filaire

Abstract: Underground mining stopes are often mapped using a sensor located at the end of a pole that the operator introduces into the stope from a secure area. The sensor emits laser beams that provide the distance to a detected wall, thus creating a 3D map. This produces shadow zones and a low point density on the distant walls. To address these challenges, a research team from the Université de Sherbrooke is designing a tethered drone equipped with a rotating LiDAR for this mission, thus benefiting from several points of view. The wired transmission allows for unlimited flight time, shared computing, and real-time communication. For compatibility with the movement of the drone after tether entanglements, the excess length is integrated into an onboard spool, contributing to the drone payload. During manual piloting, the human factor causes problems in the perception and comprehension of a virtual 3D environment, as well as the execution of an optimal mission. This thesis focuses on autonomous navigation in two aspects: path planning and exploration. The system must compute a trajectory that maps the entire environment, minimizing the mission time and respecting the maximum onboard tether length. Path planning using a Rapidly-exploring Random Tree (RRT) quickly finds a feasible path, but the optimization is computationally expensive and the performance is variable and unpredictable. Exploration by the frontier method is representative of the space to be explored and the path can be optimized by solving a Traveling Salesman Problem (TSP) but existing techniques for a tethered drone only consider the 2D case and do not optimize the global path. To meet these challenges, this thesis presents two new algorithms. The first one, RRT-Rope, produces an equal or shorter path than existing algorithms in a significantly shorter computation time, up to 70% faster than the next best algorithm in a representative environment. A modified version of RRT-connect computes a feasible path, shortened with a deterministic technique that takes advantage of previously added intermediate nodes. The second algorithm, TAPE, is the first 3D cavity exploration method that focuses on minimizing mission time and unwound tether length. On average, the overall path is 4% longer than the method that solves the TSP, but the tether remains under the allowed length in 100% of the simulated cases, compared to 53% with the initial method. The approach uses a 2-level hierarchical architecture: global planning solves a TSP after frontier extraction, and local planning minimizes the path cost and tether length via a decision function. The integration of these two tools in the NetherDrone produces an intelligent system for autonomous exploration, with semi-autonomous features for operator interaction. This work opens the door to new navigation approaches in the field of inspection, mapping, and Search and Rescue missions.La cartographie des chantiers miniers souterrains est souvent réalisée à l’aide d’un capteur situé au bout d’une perche que l’opérateur introduit dans le chantier, depuis une zone sécurisée. Le capteur émet des faisceaux laser qui fournissent la distance à un mur détecté, créant ainsi une carte en 3D. Ceci produit des zones d’ombres et une faible densité de points sur les parois éloignées. Pour relever ces défis, une équipe de recherche de l’Université de Sherbrooke conçoit un drone filaire équipé d’un LiDAR rotatif pour cette mission, bénéficiant ainsi de plusieurs points de vue. La transmission filaire permet un temps de vol illimité, un partage de calcul et une communication en temps réel. Pour une compatibilité avec le mouvement du drone lors des coincements du fil, la longueur excédante est intégrée dans une bobine embarquée, qui contribue à la charge utile du drone. Lors d’un pilotage manuel, le facteur humain entraîne des problèmes de perception et compréhension d’un environnement 3D virtuel, et d’exécution d’une mission optimale. Cette thèse se concentre sur la navigation autonome sous deux aspects : la planification de trajectoire et l’exploration. Le système doit calculer une trajectoire qui cartographie l’environnement complet, en minimisant le temps de mission et en respectant la longueur maximale de fil embarquée. La planification de trajectoire à l’aide d’un Rapidly-exploring Random Tree (RRT) trouve rapidement un chemin réalisable, mais l’optimisation est coûteuse en calcul et la performance est variable et imprévisible. L’exploration par la méthode des frontières est représentative de l’espace à explorer et le chemin peut être optimisé en résolvant un Traveling Salesman Problem (TSP), mais les techniques existantes pour un drone filaire ne considèrent que le cas 2D et n’optimisent pas le chemin global. Pour relever ces défis, cette thèse présente deux nouveaux algorithmes. Le premier, RRT-Rope, produit un chemin égal ou plus court que les algorithmes existants en un temps de calcul jusqu’à 70% plus court que le deuxième meilleur algorithme dans un environnement représentatif. Une version modifiée de RRT-connect calcule un chemin réalisable, raccourci avec une technique déterministe qui tire profit des noeuds intermédiaires préalablement ajoutés. Le deuxième algorithme, TAPE, est la première méthode d’exploration de cavités en 3D qui minimise le temps de mission et la longueur du fil déroulé. En moyenne, le trajet global est 4% plus long que la méthode qui résout le TSP, mais le fil reste sous la longueur autorisée dans 100% des cas simulés, contre 53% avec la méthode initiale. L’approche utilise une architecture hiérarchique à 2 niveaux : la planification globale résout un TSP après extraction des frontières, et la planification locale minimise le coût du chemin et la longueur de fil via une fonction de décision. L’intégration de ces deux outils dans le NetherDrone produit un système intelligent pour l’exploration autonome, doté de fonctionnalités semi-autonomes pour une interaction avec l’opérateur. Les travaux réalisés ouvrent la porte à de nouvelles approches de navigation dans le domaine des missions d’inspection, de cartographie et de recherche et sauvetage

Search for passing-through-walls neutrons constrains hidden braneworlds

In many theoretical frameworks our visible world is a $3$-brane, embedded in a multidimensional bulk, possibly coexisting with hidden braneworlds. Some works have also shown that matter swapping between braneworlds can occur. Here we report the results of an experiment - at the Institut Laue-Langevin (Grenoble, France) - designed to detect thermal neutron swapping to and from another braneworld, thus constraining the probability $p^2$ of such an event. The limit, $p<4.6\times 10^{-10}$ at $95 \%$ C.L., is $4$ orders of magnitude better than the previous bound based on the disappearance of stored ultracold neutrons. In the simplest braneworld scenario, for two parallel Planck-scale branes separated by a distance $d$, we conclude that $d>87$ in Planck length units.Comment: 5 pages, 3 figures. Published in Physics Letters

O smartphone e a educação pelas línguas-culturas : design e desenvolvimento do MapLango na perspectiva da aprendizagem nômade em rede

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Educação, Programa de Pós-Graduação em Educação, 2017.Este trabalho apresenta os resultados de uma pesquisa em design e desenvolvimento cujo objetivo geral era entender os novos questionamentos educacionais provocados pelo uso do smartphone, bem como identificar elementos de resposta para contribuir para a elaboração de um novo paradigma. Dentro da problemática da exploração efetiva do smartphone na educação pelas línguasculturas, o primeiro objetivo específico propunha situar teoricamente o uso dessa tecnologia na educação. A esse respeito, sugeriu-se a aprendizagem nômade como nova linha de pesquisa e de prática, e criou-se um framework contextualizador baseado no nomadismo em rede. O segundo objetivo específico consistia em promover uma concordância entre as dimensões didática e tecnológica do uso do smartphone na educação pelas línguas- culturas. No âmbito de uma colaboração universitária reunindo estudantes e professores pesquisadores de três departamentos da Universidade de Brasília, criou-se o MapLango. O design deste aplicativo para a aprendizagem nômade de línguas promove a formação de comunidades solidárias e geolocalizadas de prática do francês, segundo princípios da teoria da inteligência coletiva, abordada sob o prisma do nomadismo em rede. Uma versão beta foi experimentada na mesma universidade, no contexto de um mini-curso de extensão. O design educacional elaborado integrou os princípios da aprendizagem nômade. Em seguida, avaliou-se tanto o design do MapLango quanto o design educacional do mini-curso, com uma análise de conteúdo de dois corpora: os dados gerados no aplicativo a partir das interações entre os participantes, e a roda de conversa que encerrou o mini-curso. Os resultados reforçaram a pertinência dos princípios da aprendizagem nômade destacados na tese: a consideração dos diversos ambientes do cotidiano dos aprendentes; a democratização e a liberdade dadas aos mesmos no design de suas experiências de aprendizagem; a intercomunicação e a colaboração em comunidade. Na educação pelas línguas-culturas, um aplicativo tal como o MapLango permite redefinir a imersão linguística em contexto exolíngue, aprimorando a prática de línguas em atividades autênticas valorizando o compartilhamento de saberes de vida ligados a culturas locais. Isso implica, entretanto, uma certa visão de tecnologia, de língua, de educação e de mediação. A exploração efetiva do smartphone permite encarar os desafios da educação do século XXI, tornando os aprendentes codesigners do processo educacional.Ce travail présente les résultats d’une recherche en design et développement dont l’objectif général était de comprendre les nouveaux questionnements éducationnels provoqués par l’utilisation du smartphone, ainsi que d’identifier des éléments de réponse pour contribuer à l’élaboration d’un nouveau paradigme. Dans la problématique de l’exploitation effective du smartphone en éducation par les langues-cultures, le premier objectif spécifique proposait de situer théoriquement l’utilisation de cette technologie en sciences de l’éducation. À cet égard, l’apprentissage nomade a été suggéré comme ligne de recherche et de pratique, et un framework contextuel basé sur le nomadisme en réseau a été créé. Le second objectif consistait à promouvoir une concordance entre les dimensions didactique et technologique de l’utilisation du smartphone en éducation par les langues-cultures. Dans le cadre d’une collaboration universitaire réunissant des étudiants et des enseignants-chercheurs de trois départements de l’Université de Brasília, MapLango, application pour l’apprentissage nomade des langues, a été créée. Son design promeut la formation de communautés solidaires et géolocalisées de pratique du français, selon des principes de l’intelligence collective, abordée sous l’angle du nomadisme en réseau. Une version bêta de l’application a été expérimentée dans la même université, dans un mini-cours d’extension. L’ingénierie pédagogique mise en place a intégré les principes de l’apprentissage nomade. Ensuite, le design de MapLango et le mini-cours ont été évalués avec l’analyse de contenu de deux corpora : les données produites dans l’application à partir des interactions entre les participants, et la réflexion collective qui a clôturé le mini-cours. Les résultats ont renforcé la pertinence des principes de l’apprentissage nomade mis en évidence dans la thèse, à savoir : la considération des divers environnements du quotidien des apprenants; la démocratisation et la liberté qui leur sont données pour le design de leurs expériences d’apprentissage; l’intercommunication et la collaboration en communauté. En éducation par les langues-cultures, une application telle que MapLango permet de redéfinir l’immersion linguistique en contexte exolingue, en renforçant la pratique des langues dans des activités authentiques qui valorisent le partage de savoirs de vie liés aux cultures locales. Ceci implique toutefois une certaine vision de technologie, de langue, d’éducation et de médiation. L’exploitation effective du smartphone permet de faire face aux défis de l’éducation du XXIème siècle, en donnant aux apprenants le rôle de codesigners du processus éducationnel

Interconexões entre a educação e o smartphone: proposta de um framework contextualizador da aprendizagem nômade

In this paper we present the synthesis of a bibliographical research whose main objective was to identify a conceptual and pedagogical consistency of mobile learning. This emerging object of study, which we explore in design and development research as part of a doctoral thesis, was theoretically substantiated with pedagogical ideals defended by Freire and Dewey. The synthesis is developed around three axes: consideration of everyday life of learners’ environments, democratization and freedom given to learners in the design of their learning experiences, and intercommunication and collaboration in community. From these results we suggest the development of nomadic learning as a specific line of mobile learning research and practice, representative of the need to connect education with networked nomadism. This connection is illustrated at the end of the article with the proposal of a contextual framework for nomadic learning.Keywords: mobile learning, contextual framework, bibliographical research.Neste artigo, apresentamos a síntese de uma pesquisa bibliográfica na qual procuramos identificar uma consistência conceitual e pedagógica acerca do smartphone mobile learning. Explorado em uma investigação de tipo design and development research, no âmbito de uma tese de doutoramento em educação, esse objeto de estudo emergente foi teoricamente fundamentado a partir do pensamento pedagógico de Freire e Dewey. A síntese é desenvolvida em torno de três eixos: a consideração dos diversos ambientes do cotidiano dos aprendentes, a democratização e liberdade dadas aos aprendentes no design de suas experiências de aprendizagem e a intercomunicação e colaboração em comunidade. A partir desses resultados, sugerimos o desenvolvimento da aprendizagem nômade como linha de pesquisa e de prática específica do mobile learning, representativa da necessidade de conectar a educação com o nomadismo em rede. Tal conexão é ilustrada no final do artigo com a proposta de um framework contextualizador da aprendizagem nômade.Palavras-chave: aprendizagem nômade, framework contextualizador, pesquisa bibliográfica

Evolution des paysages Sahélines au cours des six dernières décennies dans la région de Niamey : de la disparition de la brousse tigrée à l'encroutement de surface des sols

International audienceIn the Sahel, the rapid increase of the population during the last decades and the climate variation lead to an important environmental degradation. This work aims to measure the impacts of the human pressure on ecosystem during the six last decades. A diachronic cartography of a 100 km² area close to Niamey was done with aerial photographs (1950 and 1975) and GPS measurements (2009). Results showed that the tiger bush vegetation was completely cleared between 1950 and 2009 while the fallow decreases from 7 % to 1 %. In the sandy valley, the increase of cultivated fields from 20,7 % (1950) to 69,4 % (1975) favoured wind and water erosions which allowed surface soil crusting. Between 1975 and 2009, the bare crusted soil dramatically developed at the expense of the cultivated area which represents only 54,4 % of the studied area. The valleys are going to be overloaded because of high sedimentation rate (> 4 cm per year).Au Sahel, l'explosion démographique de ces dernières décennies et les variations climatiques ont provoqué d'importants changements environnementaux. L'objectif de ce travail est de mesurer les impacts de la pression anthropique sur les écosystèmes dans la région de Niamey au cours des six dernières décennies. L'étude est fondée sur une cartographie diachronique d'une aire de 100 km² située près de Niamey au moyen de photographies aériennes (1950 et 1975) et relevés au GPS (2009). Il est apparu ainsi qu'entre 1950 et 2009, la végétation de la brousse tigrée a été complètement déboisée. Dans les vallées sableuses, les surfaces cultivées ont connu une extension passant de 20,7 % à 69,4 % entre 1950 et 1975. Ceci a favorisé l'emprise des érosions hydrique et éolienne qui ont abouti à une dégradation des terres par encroûtement des sols. Celui-ci est à l'origine de la baisse des surfaces cultivées entre 1975 et 2009 (de 69,4 % à 54,4 %). Dans les bas- fonds, la tendance est au comblement du fait d'un taux de sédimentation de plus de 4 cm par an