Les véhicules, les villes et les infrastructures sont de plus en plus connectés, et les systèmes qui les commandent sont poussés à la limite de leur performance, mais aussi de leur résilience. Mohammad Pirani (en anglais seulement), professeur au Département de génie mécanique de l’Université d’Ottawa, travaille à renforcer la résilience de ces systèmes au moyen d’algorithmes qui assurent la sécurité et la fluidité de la circulation en milieu urbain.
Un système de commande à réinventer
La recherche du professeur Pirani emprunte aux domaines de l’ingénierie de la commande, de la cybersécurité et des infrastructures intelligentes. Elle porte sur les systèmes de commande en réseau résilients, dans lesquels les boucles de commande sont traitées par des réseaux de communication numérique. Dans ces réseaux, les données critiques provenant notamment des capteurs et des commandes sont échangées par voie numérique. Ainsi, le système est plus rapide et plus flexible, mais aussi plus vulnérable aux pannes et aux cybermenaces.
« Les véhicules d’aujourd’hui sont des ordinateurs sur roues, illustre le professeur Pirani. Ils sont puissants, mais aussi plus exposés aux défaillances, aux retards et aux cybermenaces. Nous devons pouvoir compter sur la fiabilité de ces systèmes non seulement dans les conditions idéales, mais aussi en cas de panne ou d’attaque. »
Son approche tient compte des possibles perturbations, contrairement à l’approche traditionnelle des systèmes de commande, qui se fonde sur un environnement prévisible. Son équipe élabore des algorithmes qui intègrent des données sur le comportement physique attendu du système, afin de faciliter la détection rapide et la correction en temps réel des anomalies.
Des algorithmes aux applications concrètes
Les travaux du professeur Pirani sont ancrés dans la théorie, mais visent à produire des résultats concrets. Au fil des ans, il a collaboré avec de grands constructeurs automobiles comme General Motors et Scania, et il a contribué au projet WATonoBus, une navette autonome conçue par une équipe de l’Université de Waterloo. Ses algorithmes décisionnels commandent les réactions du véhicule aux mouvements des piétons et des autres véhicules non autonomes.
Le professeur Pirani s’attaque également à l’un des grands défis de l’industrie automobile : certains états des véhicules, comme la vitesse latérale ou le dérapage des pneus, qui ne sont pas directement mesurables. À l’aide de capteurs standards dont sont équipés la plupart des véhicules utilitaires, ses algorithmes d’estimation produisent des mesures plus précises que les méthodes habituelles. Ces améliorations renforcent le contrôle de la traction et de la stabilité du véhicule, deux conditions essentielles à la sécurité routière.
Le professeur Pirani élargit la portée de sa recherche aux infrastructures des villes intelligentes, à savoir les systèmes de régulation du trafic urbain. En combinant la modélisation physique et des méthodes axées sur des données, son équipe parvient à améliorer la réactivité et la résistance des réseaux de signalisation routière. En collaboration avec la Ville de Toronto, le chercheur a testé des algorithmes de commande prédictive qui ont fluidifié la circulation, même en cas de défaillance des capteurs. Au vu de ces résultats prometteurs, des essais routiers seront réalisés – c’est un premier pas vers un système de transport plus adaptatif et résilient.
L’intégration de la cybersécurité dans les systèmes de mobilité
La menace de cyberattaques ciblant des véhicules est bien réelle. Des études ont prouvé que les pirates peuvent non seulement contourner les protections réseau des véhicules, mais aussi effacer toute trace d’intrusion. Les mesures de prévention de telles attaques ont nettement progressé, mais il n’existe toujours pas de solution universelle pour garantir la sécurité du véhicule lorsqu’un pirate pénètre dans la boucle de commande, cette partie du système qui régit les comportements physiques du véhicule.
« Mes travaux portent sur cette dernière ligne de défense, indique le professeur Pirani. Si un pirate parvient à prendre les commandes du système, comment faire en sorte que le véhicule maintienne une conduite sécuritaire et prévisible? »
Puisant dans ses connaissances de la dynamique physique du véhicule, l’équipe du professeur établit des stratégies de commande qui reconnaissent les manipulations illicites et réagissent en conséquence. Même si de fausses données sont entrées dans le système, les algorithmes peuvent détecter les différences entre les comportements normaux et suspects pour ensuite les modifier.
Ce type de résilience est crucial pour gagner la confiance du public. Alors que les systèmes connectés se multiplient dans les villes et que les constructeurs automobiles autonomisent de plus en plus leurs véhicules, il est tout aussi important de pouvoir réagir aux défaillances et aux attaques que de les prévenir.
« Mes travaux portent sur cette dernière ligne de défense. Si un pirate parvient à prendre les commandes du système, comment faire en sorte que le véhicule maintienne une conduite sécuritaire? »
Mohammad Pirani
Formation de talents et retombées de la recherche
Le professeur Pirani est à la tête du groupe Resilient Operation Assistant Systems (ROASys) à l’Université d’Ottawa, qui réunit des étudiantes et étudiants des cycles supérieurs et des boursières et boursiers postdoctoraux. Bon nombre de ses membres travaillent à des applications concrètes, comme l’optimisation du trafic et la résilience des infrastructures urbaines. Le professeur leur apporte à la fois des fondements théoriques et une expérience pratique.
Certains algorithmes issus des travaux du groupe sont en voie d’être commercialisés et présentent un fort potentiel d’adoption dans les systèmes de régulation de la circulation et les plateformes de sécurité automobile.
« Nous atteignons les limites des infrastructures traditionnelles, fait observer le professeur. Nous ne pouvons plus continuer de construire des routes et des autoroutes. Nous avons besoin de systèmes plus intelligents et sécuritaires, capables d’optimiser le trafic et l’utilisation du réseau routier, mais pour cela, la résilience des systèmes de commande est primordiale. »
La vision à long terme du professeur Pirani est claire : tandis que nos villes et nos véhicules évoluent, nous devons intégrer la cybersécurité et la résilience à la base, et non comme des éléments secondaires. En améliorant la fiabilité des véhicules autonomes et en optimisant la circulation sur les routes, ses travaux renforcent la sécurité du transport intelligent.
Communiquez avec nous
Si vous souhaitez collaborer à l’innovation en matière de cybersécurité dans les systèmes de transport, que vous soyez du milieu universitaire ou du secteur privé, veuillez écrire au professeur Pirani à mpirani@uOttawa.ca.