Subventions et contributions gouvernementales

Ce projet est surtout associé aux activités de renforcement des capacités et de formation appropriés pour les communautés éloignées et du Nord.

Le glutathion, qu’on retrouve dans la plupart des cellules et des tissus, joue un rôle extrêmement important en mettant les cellules saines, mais aussi les cellules cancéreuses, à l’abri des substances toxiques. L’objectif consiste à créer un modèle prévisionnel du métabolisme du glutathion dans les deux types de cellules en vue de mieux comprendre son rôle dans l’évolution de la maladie.

Le laboratoire des rayons X ultrarapides de l’Université d’Ottawa, installation unique qui occupe le devant de la scène mondiale, combinera la sélectivité atomique et la haute résolution spatiale des rayons X à la résolution ultrarapide dans le temps des lasers à femtoseconde afin d’ouvrir de nouvelles pistes en recherche et de faciliter l’étude des processus moléculaires induits par la lumière, notamment la conversion de l’énergie solaire. La nature n’est pas statique : au 21e siècle, la recherche doit absolument aller plus loin que l’étude classique de sa structure comme on le faisait au siècle précédent. Ainsi, pour déterminer comment certains déplacements atomiques entraînent un transfert extrêmement efficace de la charge des électrons, il faut approcher la nature sous l’angle de son dynamisme ultrarapide. Le but est de découvrir les règles fondamentales qui gouvernent les phénomènes ultrarapides de transfert de charge en combinant la théorie à la démarche expérimentale la plus pointue. Les nouvelles connaissances acquises aboutiront à une approche diamétralement opposée à la conception rationnelle des dispositifs qui convertissent l’énergie solaire, c’est-à-dire une approche qui s’appuiera sur la dynamique ultrarapide à la base du transfert de charge proprement dit.

Plus une horloge marque le temps rapidement, plus on la met à l’abri des conditions ambiantes et plus grande est son exactitude. Actuellement, la norme mondiale reste l’horloge atomique dont la fréquence est d’environ 10 000 000 000 battements par seconde. C’est grâce à la précision de l’horloge atomique que nous pouvons utiliser le système de navigation GPS.

Un peigne de fréquence est un dispositif laser qui divise le battement de l’horloge atomique en intervalles d’environ 200 000 000 Hz jusqu’à approximativement 20 000 000 000 000 000 de fois par seconde, sans que l’horloge avec laquelle il est synchronisé perde son exactitude. Ce dispositif joue donc un rôle similaire à celui des rouages dans les anciens mouvements d’horlogerie. Puisque les rouages sont en place, le monde est maintenant prêt à adopter un nouvel étalon, d’une précision supérieure à celle de l’horloge atomique. Malheureusement, la technologie du peigne pour l’ultime facteur de 100 est très difficile à appliquer. Une fois qu’on se sera entendu sur le nouvel étalon, sa fréquence ne sera donc que d’environ 400 000 000 000 000 battements par seconde.
Nous proposons d’étudier comment simplifier le dernier facteur de 100. Si le projet aboutit, les meilleures horloges seront sans doute des horloges nucléaires où les électrons d’un atome mettront le mouvement d’horlogerie — en l’occurrence le noyau de l’atome — à l’abri des interférences environnementales.

La télédétection est un secteur en pleine croissance qui permet d’acquérir de précieuses données à distance, sans interaction directe avec l’espèce chimique à l’étude. Grâce aux capteurs photoniques, il est possible d’évaluer directement la composition moléculaire de l’espèce chimique testée. Dans le cadre de ce projet, l’équipe mettra au point des capteurs photoniques intégrés à partir de résonateurs annulaires miniatures sur deux plateformes : des semi-conducteurs à base de silicium et des semi-conducteurs de classes III-V. Le but est de créer des capteurs photoniques à semi-conducteurs III-V en fabriquant des anneaux sur puce compacts et d’une grande qualité par la géométrie du guide d’onde à pont aérien, où le matériau employé comme semi-conducteur est environné d’air. Au nombre des activités prévues figurent la résolution des problèmes que pose la fabrication de tels guides d’ondes et des microanneaux, la réalisation de simulations numériques pour perfectionner les modèles et des essais optiques sur les dispositifs qui auront été fabriqués.

Détecter et reconnaître les activités malveillantes sur un réseau de machines hôtes peut s’avérer extrêmement difficile dans certains cas. C’est notamment celui des menaces persistantes avancées (MPA) où le pirate se déplace latéralement d’un hôte à l’autre. On peut recourir à l’analyse des schémas séquentiels pour déceler les activités qui pourraient nuire au réseau. La difficulté, lorsque l’on veut repérer les activités de cette nature sur une multitude d’hôtes, consiste à identifier celles qui ne suscitent aucun intérêt particulier en soi, mais qui, en présence ou en l’absence d’autres activités, sur une autre machine, pourraient s’inscrire dans une séquence d’événements nettement plus inquiétante. Le projet vise à créer des méthodes pour explorer en profondeur les séquences d’événements conditionnellement à leur fréquence, en vue d’établir la dangerosité de certains schémas quand on les découvre sur différents hôtes. La complexité des attaques MPA et la difficulté générale que pose leur identification, surtout quand les attaques se produisent latéralement, rendent le défi particulièrement ardu, car il n’existe pratiquement aucun jeu de données public sur ce type d’activités se rapprochant de la réalité. Par conséquent, de nombreuses études valident les méthodes proposées en se fondant sur les données réelles relatives aux opérations auxquelles on a injecté artificiellement des traces de cyberattaques. Le problème est que les infiltrations artificielles de ce genre ont tendance à être irréalistes. Elles se reconnaissent donc aisément parmi les données réelles. En l’absence de véritables données sur les menaces persistantes avancées qui pourraient être utilisées pour entraîner avec succès des modèles d’apprentissage automatique efficaces pour la détection des mouvements latéraux, des recherches supplémentaires seront menées pour générer des ensembles de données synthétiques réalistes pour les attaques par menaces persistantes avancées, en mettant l’accent sur l’avancement de l’état actuel de la technique en matière de données synthétiques pour les mouvements latéraux malveillants.

L’équipe propose d’utiliser la technologie très pointue de l’expansion du code génétique (ECG) pour mettre au point un système de biocatalyse industriel dont on se servira pour éliminer les facteurs antinutritionnels et de sapidité indésirable de la farine de légumineuses lors de sa transformation. L’ECG est une nouvelle technologie issue de la biologie et devrait multiplier considérablement les possibilités de la biologie synthétique en permettant le codage de bioproduits à partir d’une plus grande panoplie d’éléments de base, donc paver la voie à un grand nombre de biochimies nouvelles. S’ensuivra la formulation précise de technologies biologiques (produits thérapeutiques, biocatalyseurs, biopolymères) dont la spécificité, la stabilité et l’efficacité surpasseront tout ce qu’offre la biologie naturelle. L’équipe contribuera à procurer les composants que requiert l’ECG pour deux systèmes de recombinaison : E. coli et S. cerevisiae. Les gènes codant les facteurs de biocatalyse feront l’objet de mutations individuelles afin que le code complet de chaque composant optimisé intègre les éléments de base artificiels. Durant ce court projet d’un an, les facteurs biochimiques synthétiques intégrés serviront à vérifier si les acides aminés non canoniques (NcAA) peuvent accentuer l’activité des biocatalyseurs pertinents. À plus long terme, l’équipe espère déterminer s’il est possible d’ajouter d’autres modifications pour accroître leur stabilité et leur réutilisation, de même que pour développer un biocatalyseur durable et économique dont on se servira pour bonifier biologiquement les produits agricoles de moindre valeur. Les prototypes seront testés sur la farine de légumineuse, avec la collaboration de partenaires de l’Ouest canadien. Le partenariat visant à créer un nouveau système de biocatalyse industrielle qui autorisera la transformation rentable de produits moins lucratifs, combiné à une équipe bien formée dans la nouvelle pierre angulaire de la biologie synthétique qu’est l’ECG, rehaussera nettement la capacité d’innover de nombreuses industries canadiennes dans l’avenir.

La recherche sur l’électronique flexible et étirable pourrait conduire à la découverte de nouveaux matériaux légers, de grande souplesse mécanique et durabilité que l’on intégrera à des dispositifs simples, peu onéreux et adaptables. Pareils dispositifs trouveront leur utilité dans maintes applications comme l’affichage souple, la production et le stockage de l’énergie, les textiles électroniques et les capteurs, principalement dans les domaines de la détection, de la santé et des interfaces humain-machine intelligentes. Innover au niveau de la conception des matériaux, de leur synthèse et de la fabrication est la clé du développement dans ce domaine, et le plus grand défi consiste à parvenir à plier et à étirer le système électronique dans son entièreté. L’électronique imprimée est une nouvelle technologie qui autorise l’impression de matériaux (organiques, inorganiques et hybrides) et de dispositifs électroniques programmables. L’équipe envisage une nouvelle stratégie pour créer et tester des encres moléculaires d’un nouveau genre qui amélioreront les matériaux et les dispositifs en question grâce à des élastomères. La nouvelle encre moléculaire incorporera des monomères et des photo-initiateurs. La projection de rayons UV déclenchera un processus de photopolymérisation qui engendrera des élastomères intégrant des traces de substances conductrices et conférera au matériau une plus grande élasticité. Le procédé permettra d’incorporer à l’encre la quantité souhaitée de monomères de certains élastomères, quantité qu’on n’a pas encore atteinte en raison de la solubilité des polymères dans les solutions qui servent de support à l’encre. Les nouveaux matériaux devraient rehausser l’efficacité générale des dispositifs électroniques vestimentaires, si bien que les articles de sport et les appareils médicaux personnels demeureront fonctionnels, même après avoir été souvent étirés. Le développement d’une encre moléculaire permettra à cette nouvelle technologie de se démarquer des technologies concurrentes et facilitera l’exploitation commerciale des futurs produits. Durant le projet, de jeunes chercheurs recevront la formation voulue pour étudier et mettre au point de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies.

Pour imiter un réseau neuronal, il faut reproduire les fonctions des synapses organiques au moyen de dispositifs concrets qui pourraient être fabriqués à plus grande échelle. On créera des synapses artificielles avec des matériaux imprimables faits de nanotubes de carbone et de colorants photosensibles. Ces synapses se composeront de SWCNT, c’est-à-dire des nanotubes de carbone monofeuillet semi-conducteurs (le canal actif), et d’une couche sensible à la lumière, ce qui permettra de contrôler le poids de la synapse et la potentialisation/atténuation du signal au moyen de réseaux optiques ou électriques. Il en résultera un transistor à effet de champ, combiné à un réseau de nanotubes de carbone à barrière optique (OG-CNN-FET). Dans le cadre du projet, on s’efforcera surtout de mettre au point les matériaux photosensibles qui seront incorporés au OG-CNN-FET, puis de bâtir une bibliothèque d’encres à base de divers matériaux du même genre. On vérifiera les propriétés optiques des matériaux photosensibles du système SWCNT en vue d’optimiser les synapses et de mieux saisir leurs interactions physiques.

Le projet a pour but le développement d’encres biologiques à base d’alginate pour des applications précises en bio-imprimerie de tissus 3D complexes. Il se veut le prolongement des travaux récents réalisés par l’équipe. On vérifiera les effets de différents matériaux à base d’alginate et des méthodes de liaison croisée sur les propriétés mécaniques des hydrogels qui en résultent. L’hydrogel est le substrat permettant la répartition spatiale des cellules dans les tissus bio-imprimés. Ses propriétés mécaniques peuvent modifier la réaction des cellules et l’intégrité structurale du tissu. On modifiera aussi les molécules d’alginate afin d’y intégrer des groupes biochimiques que les cellules pourront identifier et qui en guideront la réaction. Les recherches contribueront à contrôler l’environnement mécanique et biochimique des cellules dans les tissus bio-imprimés. On mettra au point une trousse à outils pour les encres biologiques grâce à un processus itératif qui répondra aux exigences de la fabrication et de l’expérimentation des tissus 3D modélisés.