Dimanche 17 novembre 2013 à 7:47

Sciences et techniques

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    A la suite de mon article sur le tableau de Mandéleïev, j’ai eu plusiuers questions et demandes d’explication. Il semble notamment que vous n’ayaez jamais entendu parler des «orbitales». C’était autrefois au programme de première et terminale, et je pensais donc que vous en aviez entendu parler.
    Mais plus généralement on me pose des questions sur les particules, les électrons et leur mouvement. Je vais essayer de répondre.

    Je ne vous expliquerai pas la mécanique quantique. J’ai effectivement étudié cela autrefois à l’X, mais je ne m’en susi jamais servi ensuite, et de plus les outils mathématiques qu’elle utilise aujourd’hui n’exis-taient pas du temps de mes études.
    En fait quand on subit un cours de mécanique quantique, c’est totalement abstrait; c’est un ensemble d’équations qui décrivent l’état des particules dans leur environnement, et de plus cela dépend de l’état de l’observateur. Finalement on ne conait les particules et leurs propriétés qu’au travers «d’opérateurs» mathématiques. C’est très frustrant pour quelqu’un qui a les pieds sur terre.

    Je vais donc plutôt essayer de rester concret et je ne vous dirai pas ce que sont les particules, mais plutôt ce qu’elles ne sont pas !!
    Dans les classes de bac, on a tendance à représenter les électrons notamment, ou les photons lumineux, comme de petites billes sur des trajectoires, tournant autour du noyau de leur atome pour les électrons, un peu comme la terre autour du soleil.
    Seulement cette représentation que nous empruntons à notre environnement, ou à l’espace sidéral, n’est pas exact en mécanique quantique, car les particules ont une vitesse non négligeable vis à vis de celle de la lumière (300 000 km/s) et dès lors, les lois habituelle de la mécanique classique, vraies pour les faibles vitesses de notre environnement, ne le sont plus dans ce cas et ce sont les lois de la relativité qu’il faut appliquer, celles qui apparaissent mathématiquement dans ces fameuses équations.

    Il y a alors d’étranges différences que nous avons du mal à imaginer.
    La particule, petite boule à un endroit donné et sur une trajectoire de mouvement, n’existe pas.

    Je vais essayer de vous donner une explication matérielle bien que dans ce domaine, ce soit assez incertain.
    Quand je veux voir une balle de tennis et mesurer sa vitesse, (par exemple 200 km/h) je prends un détecteur optique et un chronomètre très rapide. je capte dans ce détecteur des photons lumineux qui ont cheminé autour de la balle. Ceux qu’elle a interceptés me donnent un signal «d’absence de photons», ou bien de ceux qu’elle a réfléchi, signal qui me dit où est la balle à l’instant t (c’est son image) Ceci n’est possible que grâce à deux conditions :
    - les photos sont pratiquement sans masse et donc leur collision avec la balle ne modifie pas son comportement, car la quantité d’énergie qu’ils peuvent lui donner est négligeable, vis à vis de la quantité de mouvement qu’il faudrait donner à la balle, très pesante, pour la dévier.
    - les photons se déplacent très vite à la vitesse de la lumière, sans commune mesure avec la vitesse de la balle. Donc quand ils arrivent dans ma caméra, la balle ne s’est déplacée que d’une quantité infime, pendant le temps de parcours des photons entre la balle et la caméra. Je peux donc connaÎtre sa position avec exactitude à l'instant t.
    Pour savoir dans quelle direction va ma balle il me faut deux mesures successives qui me donnent un deuxième point de la trajectoire et donc le sens du déplacement
    Si maintenant je place une autre caméra à une distance d connue avec précision, et je repère à nouveau le passage de la balle, et si je puis mesurer de façon très précise le temps t entre les deux passages, la vitesse de la balle sera v = d/t.

    Essayons de faire la même chose avec un électron qui a une vitesse non négligeable vis à vis de celle de la lumière, et supposons que je puisse capter un photon qu’il a réfléchi avec ma caméra, le temps que le photon parvienne à ma caméra, l’électron se sera déplacé d’une distance non négligeable.
    Donc je ne peux pas savoir où se trouve l’électron, du moins précisément : je ne connais qu’une zone dans laquelle il se trouve probablement.

    Par ailleurs le photon que j’ai envoyé sur l’électron pour le repérer a une énergie non négligeable vis à vis de celle de l’électron et notamment de sa quantité de mouvement (mv) sur sa trajectoire. C’est donc comme si je mesurais la trajectoire de la balle de tennis en la bombardant d’autres balles de tennis : quand elles se cogneraient, la trajectoire initiale de la balle dont je veux mesurer les paramètres est modifiée.
    SI pour savoir où elle va, la première balle ayant modifié sa trajectoire, l’indication de la seconde balle projectile est donc erronée.
    Donc je ne peux connaître que très approximativement la direction de déplacement de l’électron.

    De la même façon si je veux connaître sa vitesse, je vais faire non seulement une grosse erreur sur les positions, mais encore sur les temps des impacts et donc sur leur différence entre les deux mesures.
    Je ne peux donc pas non plus connaître exactement la vitesse de mon électron.
   
    Donc je ne peux connaître qu’approximativement les caractéristiques de la particule; je sais quelle est avec une mauvaise précision où elle est et quand elle y est.
    Finalement je ne peux par le calcul connaître une zone où elle risque d’être, et plus je veux le savoir à un instant précis, plus la zone est imprécise et étendue.
    Finalement mes équations me font traiter ma particule à des instants donnés comme un grand nombre de particules distinctes (une pour chaque instant) et je ne pourrai calculer que la probabilité qu’elle se trouve dans espace donné. C’est l’onde associée à la particule qui me donne cette probabilité.

    Alors les orbitales qu’est ce ? (voir les figures ci dessus) : ce sont les zones ou ma particule a une probabilité importante de se trouver, mais on ne sait pas quand. On peut dire qu’elle se déplace dans cette zone, qui contient ses trajectoires si tant est qu’il y en ait. D’où cette représentation en «nuages».

    Une autre bizarrerie de la mécanique quantique c’est qu’une particule ayant certaines propriétés, plus une autre, ne donne pas un couple additionnant ces propriétés.
Le couple associant deux ou plusieurs particules a ses propriétés propres indépendantes de celles des deux particules.

    Autre propriété encore plus étrange : supposons un observateur dans le vide, qui ne «voit» aucune particule. Et bien un observateur en mouvement dans ce même lieu verra un nuage de particules.
    Alors ces particules ont elles une réalité.? On ne sait pas.
   
    En fait les équations de la mécanique quantique ne décrivent les particules que par certaines «quantités» : la masse, la charge, le spin, et leurs relations entre ces grandeurs.
    Et elles expliquent les interactions entre ces particules, en décrivant les modifications  des relations entre ces grandeurs, grâce à des opérateurs mathématiques.
    C’est très abstrait et ce qui est extraordinaire, c’est que cela permet de prévoir leur comportement, de prévoir les phénomènes, mais ce qu’elles sont en réalité, comment réagissent elles dans la pratique, personne ne le sait et ne le saura sans doute jamais.

Mardi 5 novembre 2013 à 8:01

Sciences et techniques

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        Tous mes correspondant(e)s sont au moins en première et donc vous savez tous ce qu’est le tableau périodique de Mendeleïev, qui, en chimie, classe les éléments atomiques.
        Depuis longtemps les chimiste (par exemple Lavoisier), cherchaient à classer logiquement les éléments, en rapprochant leurs propriétés chimiques, et c’est en 1860 que Dimitri Mendeleïev a élaboré ce tableau très proche de l’actuel, en se basant sur une périodicité des propriétés chimiques.
        De nombreux corps simples n’étaient pas connus à l’époque (la radioactivité et les isotopes non plus), mais il avait fait le pari que des corps seraient découverts et il leur avait laissé des places vides. Cette géniale intuition s’est révélée exacte
        Quand j’ai fait mes études il y a presque 70 ans, on connaissait, si je me souviens bien jusqu’à l’élément 97 le Berkelium Bk qui est un des actinides radioactifs et déjà instable. Le suivant 98, le Californium a été découvert en 1950 en bombardant une cible de Curium 95 avec un faisceau de particules alpha (noyaux d’hélium). Le Californium est un émetteur de neutrons et il est dangereux. Il fissionne sous l’effet des neutrons et on pourrait théoriquement en faire une bombe, mais il est impossible d’en préparer des quantités suffisantes.
        Le tableau de Mendeleïev allait alors jusqu’à 118 mais on ne pensait pas pouvoir obtenir des éléments tellement ils étaient instables.
        En fait ces éléments ont peu à peu été découverts, sauf l’élément 117 alors que le 118 l’Ununoctium a été «vu» vers 2005, mais seuls 4 atomes ont été détectés, tellement il est instable, et on ne connaît donc guère ses propriétés.
        Or l’élément 117, l’ununseptium, aurait été découvert par des physiciens russes en 2010 (en projetant des ions Calcium sur du Berkélium 97 et il semblerait que cette découverte de l’unoseptium soit confirmée par les américains.

        On a dû vous expliquer que ce tableau était en outre basé non seulement sur les propriétés chimiques des éléments, mais surtout sur la configuration de la dernière couche électronique (une orbitale) des atomes correspondants.
     Ce sont ces couches et leur nombre d’électrons qui sont mentionnées en haut et en bas du tableau ci-dessus. Elles sont aussi explicités sur le «tableau de Janet ci dessous.

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        Mais à partir de numéros atomiques élevés (vers 70), les électrons des dernières orbitales ont des vitesses qui ne sont plus négligeables vis à vis de celles de la lumière et les lois de la mécanique ne s’appliquent plus : il faut appliquer celles de la relativité.
        Cette action différente resserre d’abord les orbitales qui se rapprochent du noyau et l’atome serait plus stable. Mais lorsque le numéro atomique (et le nombre d’électrons) augmente, les couches internes font écran et les liens au noyau de l’atome sont moins forts pour la couche externe.
    Pour des atomes tels que l’or ou l’Argent par exemple, il y a surtout resserrement des couches, ce qui facilite les transitions des électrons lorsqu’ils reçoivent l’énergie d’un photon externe, et cela permet d’expliquer la brillance et la couleur de ces métaux.
        Par contre lorsqu’on arrive aux éléments 90, l’instabilité des couches externes prend de l’importance et donc les propriétés chimiques peuvent différer de celles des éléments du début du classement, non soumis à ces effets relativistes.
        Il est possible que, par exemple l’élément 118 , qui devrait être un gaz rare, puisque toutes ses orbitales sont remplies d’électrons, soit en fait, un solide, et que l’élément 117 qui vient d’être découvert, n’ait pas, comme il le devrait, les propriétés chimiques d’un halogène, mais soit plus proche d’un métalloïde.
        Mais c’est très difficile à savoir, puisqu’on ne dispose que de quelques atomes de chacun de ces derniers éléments, très instables.

        Le tableau de Mandéleïev est donc maintenant complet. Mais s’arrête t’il vraiment là ?
On va essayer de trouver des éléments 119 et 120, ce qui obligerait alors à mettre une ligne supplémentaire au tableau et à concevoir un nouveau type d’orbitale : G. (voir tableau ci dessus)
        L’avenir nous le dira.

Jeudi 11 juillet 2013 à 8:36

Sciences et techniques

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  Les microprocesseurs, les microordinateurs et les gros calculateur ont fait des progrès extraordinaires en 40 ans.
 
            Leur puissance s’exprime notamment avec une unité au nom bizarre, le « FLOPS » (cela ne fait pas sérieux) mais c’est le nombre d’opérations par seconde (OPS), en virgule flottante (floating point), c’est à dire en chiffres utiles décimaux (exemple 25 487, 5 et 0,000654786 seront exprimés avec le même nombre de chiffres et un exposant : 2,54875 105 et 6,54786 10-4
            Je me souviens qu’en 1975, le laboratoire que je dirigeais utilisait l’un des plus gros calculateurs de France, un Control Data américain de 106 FLOPS (un Mégaflops). En 1985, il avait été remplacé par un Cray mille fois plus puissant 109 FLOPS (un Gigaflops). Il coûtait plusieurs millions de francs. On ne pouvait afficher des photos en une résolution satisfaisante car la résolution des écrans était faible.
            En 1980 j’ai eu mon premier microordinateur un Apple II qui coûtait 20 000 francs et ne faisait guère plus qu’une calculette d’aujourd’hui et beaucoup moins vite, mais on pouvait faire assez bien du traitement de textes et j’ai appris à taper sur un clavier. Mais l’écran était minable : on voyait des carrés à la place des pixels !!
            Aujourd’hui j’ai un iMAC, qui pour un prix moitié (l’équivalent de 12 000 francs) a un écran haute résolution équivalent à une télé de 66 cm et qui a une puissance supérieure au Cray de 1985 : 1011 FLOPS
            Les gros ordinateurs ont gagné un énorme facteur de puissance : ils sont aujourd’hui constitués de plusieurs millions de processeurs (les cœurs) et leur puissance se compte en Petaflops (1015 FLOPS).
            Le plus gros calculateur américain, SEQUOIA a une puissance de 16,3 Petaflops ; le second est Japonais (SuperK 10,5 Petaflops) et le plus gros calculateur français (en 9ème place dans le monde) est installé au CEA, à Bruyères le Châtel : il s’appelle « Curie » et a une puissance d’environ 2 Petaflops.
 
            Je ne vous détaillerai pas la structure de ce calculateur, car cela vous raserait. Juste quelques particularités : il est refroidi par une circulation d’eau glacée qui circule dans les portes des armoires contenant les microprocesseurs. Il consomme en effet une puissance importante, 3,2 Mégawatts, mais deux fois moins que la génération précédente ramenée au même nombre de FLOPS. Il n’occupe que 200 m2 au sol, soit trois fois moins que les supercalculateurs de la génération précédente.
            Les données dans la machine circulent dans des « bus » (comme de tuyaux électroniques), avec une vitesse 100 000 fois supérieure à celle de l’ADSL 100 Mbits
            L’investissement de l’installation de « Curie » représente 100 Millions d’Euros sur 5 ans et son exploitation et entretien occupe une quarantaine de personnes.
 
            L'accès à la machine « Curie » de CEA/GENC est simple : elle est utilisable pour 80 % de ses ressources par !es chercheurs de toute l'Europe, pour des travaux de recherche ouverte - civile uniquement -, dans le cadre d’appels à projets, lancés deux fois par an par « PRACE, la structure européenne du calcul intensif. Les projets soumis sont évalués techniquement par les centres de calcul et scientifiquement par un collège d'experts indépendants. Le critère unique de sélection est l'excellence scientifique et l'accès aux ressources, une fois le projet sélectionné, est gratuit. Les 20% restants sont réservées aux besoins français, notamment via les appels à projets, organlsés deux fois par an, par GENCI, sur des critères analogues.
            Le CEA met en outre une dizaine d’experts à disposition des utilisateurs pour les aider à transcrire et adapter leurs logiciels à la machine.
 
            Quel est l’avantage de ces gros calculateurs : ils permettent des simulations très évoluées, qui en général nécessitent de faire des millions de fois des calculs identiques, mais avec des données d’entrée différentes. Ces calculateurs aux très nombreux cœurs, au lieu de faire comme autrefois les calculs les uns après les autres, font les calculs analogues « en parallèle » sur des « cœurs » différents. On gagne ainsi un temps énorme.
 
            Pour vous en monter l’intérêt, je vais prendre comme exemple une simulation de l’évolution du climat sous l’effet du réchauffement planétaire.
            Les modèles de simulation font appel aux équations de la mécanique des fluides et de la thermodynamique, qu’ils appliquent, en recréant en quelque sorte une « planète virtuelle ».
            En fonction de diverses hypothèses sur l’état de l’atmosphère et des océans  (notamment rejets de gaz à effet de serre, température, vents, précipitations, courants ….), ils calculent ce qui devrait se passer dans les années futures (sur environ 100 ans), dans des zones délimitées par un « maillage » de points répartis sur l’ensemble du globe virtuel ainsi reconstitué.
            Les meilleurs calculateurs permettaient un maillage au mieux de 100 km et souvent plus, ce qui ne permettait pas de tenir compte de phénomènes locaux, et notamment des reliefs, les tourbillons, les systèmes nuageux, les remontées d’eaux froides océaniques, etc.., qui ne peuvent être reproduits fidèlement.
            La puissance des supercalculateurs qui voient le jour, va permettre d’abaisser ce maillage à environ 10 km, ce qui va permettre de modéliser des phénomènes jusqu’à présent ignorés par ces simulations.
 
            Ces modèles ne sont pas certains, car c’est très difficile de modéliser mathématiquement la réalité. Les modèles comportent donc certains paramètres ajustables et on compare les résultats de prévisions à court terme (quelques années), à la réalité et cela permet d’ajuster ces paramètres et de faire ensuite une meilleure simulation.
 
            On espère aussi mieux comprendre des phénomènes tels tempêtes tropicales, ouragans, tornades, cyclones … voire les précipitations diluviennes.
            Dans un domaine purement maritime, la rapidité de calcul permettra de donner une alerte plus rapide et plus sure, avant des phénomènes dangereux, tels les tsunamis.

Mercredi 5 juin 2013 à 7:38

Sciences et techniques

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Hier je parlais de Paro, le phoque dans les hôpitaux et maisons de viellards, et de Pléo, le dinosaure, compagnon des enfants.
Ce qui est certain c’est que Paro plaît aux personnes âgées qui ont moins l’impression d’être seule, un peu comme si elles avaient un chien ou un chat.
Quant aux petits enfants, Pléo est plus qu’un compagnon, c’est presque un frère. Non seulement c’est un compagnon de jeu, mais il est de leur âge, et ils s’aiment mutuellement.
Cela intrigue les psychologues qui se demandent quelle peut être la relation homme-robot, aujourd’hui et demain avec des robots plus mimétiques de l’être humain.
 
              En fait ce que nous aimons dans notre chat ou notre chien, c’est qu’ils aient des comportements, qui nous ressemblent et qu’on ait le sentiment qu’ils se comportent comme nous, surtout sentimentalement. On n’aime pas une bête qui vous déteste, on ne s’attache à elle que si elle nous aime.
            Les études de psychologie ont montré la même chose : les robots sont d’autant mieux perçus qu’ils nous rappellent nos congénères, animaux ou hommes.
            Mais si les « robots animaux » apportent une compagnie aux enfants et aux personnes se sentant très seules, les études montrent que des robots ressemblant trop à l’homme et ayant un comportement très humain inquièteraient plutôt. On sait qu’ils ne peuvent remplacer un être humain et on craint alors qu’ils nous supplantent, étant plus résistants que nous. Cela dit de tels robots n’existent que dans les films et romans de fiction.
            Cependant des robots ayant la forme humaine, et peu performants par rapport à l’homme sont mal acceptés, de même d’ailleurs que des robots chiens ou chats.
            Les études semblent montrer que nous sommes d’autant plus enclins à attribuer à des robots des qualités humaines, qu’ils nous ressemblent physiquement. (c’est vrai aussi pour un robot ayant l’aspect d’un animal domestique, auquel nous attribuons tous les comportements de cet animal. Quand il ne se comporte pas comme on s’y attend (par manque de performances), cela nous perturbe.
            De plus ces études montrent que le robot n’intéresse que s’il a une utilité : pour les enfants ou les vieillards, c’est de venir soulager leur solitude. Pour les adultes qui n’ont pas ce problème, il faut que le robot ait une autre utilité, domestique par exemple. Mais la valeur sentimentale en est exclue.
            Cependant dans des expérimentations où le robot était mêlé à un jeu, une certaine relation s’établissait entre l’homme jouer et la machine, car l’homme essayait alors de comprendre son raisonnement, comme il le fait face à un autre humain. Il finissait par parler de ce robot, comme si c’était un ami avec lequel il jouait.
 
            Ceci rejoint ce que les psychologues appellent la « théorie de l’esprit », nom qui, personnellement, me paraît prétentieux et peu adapté.
            Qu’est ce que cette théorie, qui a été faite, en 1978, par des spécialistes américains des primates, David Premack et Guy Woodruff, de l’Université de Pensilvanie ?
            La théorie de l'esprit est notre capacité à attribuer à autrui un état mental différent du nôtre, de l’évaluer et d'en déduire des conclusions quant à son comportement, ce qui implique de créer un modèle mental de l'autre ; on aurait mieux fait de parler de modélisation au lieu de théorie !)
            Cette modélisation semble être une caractéristique exclusivement humaine ; elle n'a pu être démontrée que sous forme rudimentaire chez les primotes et est très frustre chez les autres mammifères.
            Dès leur plus jeune âge, les enfants forment des représentations mentales : par exemple, ils suivent le regard d'autrui,  et ils comprennent qu’ainsi, en observant ce que regarde l’autre, ils vont en déduire des informations.
            Cette capacité de « théorie de l'esprit » n'est entièrement développée que lorsque l'enfant comprend que les autres personnes ne disposent pas nécessairement des mêmes informations que lui, et n’en tirent pas forcément les mêmes conclusions.
            Le but est évidemment de comprendre et d’anticiper les intentions d’autrui.
            Les enfants dont le développement est normal maîtrisent cette capacité entre quatre et cinq ans; toutefois ils commencent à s’y exercer dès un an à 18 mois.. Les enfants autistes n’en sont souvent pas capables avant l’adolescence.
     Mais l’observation n’est pas simple, car il est parfois difficile de différencier ce qui découle d’une bonne connaissance des comportements de l’autre d’une projection des représentations ou des croyances. : on peut percevoir et comprendre les conduites d’autrui en se réglant sur son comportement habituel et sans forcément lui prêter un « esprit », ou des « croyances ». C’est ce que font les animaux.
     Des chercheurs se sont demandés si les étapes d’acquisition de la théorie de l’esprit étaient universelles. C’est le cas, d’après une enquête menée auprès d’enfants appartenant à cinq cultures différentes : le Canada, l’Inde, Samoa, le Pérou et la Thaïlande. Partout, la théorie de l’esprit est définitivement acquise avant l’âge de 5 ans.
     Une autre piste de recherche porte sur les liens entre théorie de l’esprit et le langage. Après avoir fait de la théorie de l’esprit une condition d’apparition du langage, on pense aujourd’hui que le développement des deux aptitudes est une « coévolution » de l’intelligence.

     Lors de tâches de ce domaine, deux zones du cerveau sont particulièrement actives, le cortex préfrontal médian, et une zone entre le lobe pariétal et le lobe temporal. L’amygdale et le cortex cingulaire sont aussi activés.
     Il est curieux de constater que lorsque nous sommes devant un animal de compagnie, ou devant un robot tel que Pléo, et que nous l’observons pour déterminer ensuite nos actes et nos relations mutuelles, ce sont ces mêmes zones qui s’activent dans notre cerveau, et ce, d’autant plus qu’ils ont une attitude humaine.
     Cela n’intervient pas si nous observons un robot d’aspirateur ou de cuisine.
            La théorie des neurones miroirs » est aussi une des explications de ces capacités humaines de modélisation de la pensée d’autrui (voir mon article du 23 mars 2008.)

Mardi 4 juin 2013 à 7:25

Sciences et techniques

   Comme toute personne un peu curieuse je m'intéresse aux robots et à la robotique.
            Mais les robots qui coupent l’herbe ou qui aspirent automatiquement votre appartement ne sont pas tellement extraordinaires, et s’ils sont utiles, ne sont pas spécialement sympathiques.
 
            Alors je me suis intéressé aux « robots de compagnie », destinés surtout aux enfants et aux vieillards. Dans cet article je vous en décrirai deux et dans un prochain article je m’intéresserais aux aspects psychologiques du contact homme-robot.

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Voici d’abord PARO, le petit phoque aux vertus thérapeutiques, destinés aux vieillards qui finissent leur vie en maison ou à l’hôpital et souffrent de la solitude.
         Les premiers prototypes de Paro, développés par Takanori Shibata, de la société AIST, datent de 2001, après une longue étude commencée en 1993.
Ce bébé phoque aux grands yeux noirs est recouvert d'une fourrure blanche synthétique, hypoallergénique, antibactérienne et très peu salissante. Son squelette métallique contient des centaines de capteurs tactiles reliés à une petit ordinateur, ainsi que d'autres capteurs - lumière, son, position et température - qui lui permettent d'interagir de plus en plus finement avec son utilisateur, le tout protégé par un bouclier électromagnétique afin de ne pas dérégler un pacemaker ou des appareils électroniques de mesures physiologiques.
Ce robot est doté d’un programme qui lui permet un certain apprentissage et d’apprendre peu à peu au contact des hommes, à interagir selon les comportements de ses utilisateurs.
Ainsi lorsqu'une personne touche Paro, il s'anime, bouge la tête, la queue, cligne des yeux, les ferme quand on le caresse et émet des petits cris semblables à ceux d'un véritable bébé phoque. Paro se blottit contre l'utilisateur, lui réclame de la "nourriture" (une recharge de sa batterie via une prise-tétine) ; il est également capable de mémoriser le nom qu'on lui donne, il apprécie les remerciements et les félicitations. Il peut aussi exprimer différentes émotions : la surprise, le bonheur ou même la colère. Il reconnaît le jour et la nuit pendant laquelle il dort.
Il a été homologué par l’autorité américaine du médicament.
Il n’y en a que 2000 exemplaires en service, dont 300 en Europe, car son prix est élevé, environ 4000 € HT.

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Le robot PLEO est encore plus extraordinaire : c’est un petit « dinosaure de compagnie » vert aux yeux bleus, qui arrive chez vous comme un bébé et devient enfant, puis adolescent (d’esprit, mais il ne grandit pas en taille !). Il a été v-créé au Japon, mais est commercialisé par la firme Innvo Labs Corporation, basée à Hong Kong et aux USA.
Pléo est complexe : sous une peau en caoutchouc, il comprend 6 ordinateurs, (deux « intelligents », et 4 de servitudes et automatismes), 14 moteurs, une centaine d’engrenages, iun système de vision à caméra infrarouge, des micros et haut-parleurs, des capteurs de posture et d’inclinaison, des capteurs dans la peau et un capteur infrarouge dans la bouche pour détecter les aliments.
Il coûte environ 300 €.
Là encore Pléo est capable d’apprentissage et d’adaptation.
Pléo est d'abord un nouveau-né, il ouvre ses yeux pour la première fois, s'ajuste sur la luminosité et sur le son. Il commence à essayer d'avancer maladroitement puis apprendra à marcher correctement, en fonction des entraînements proposés par son maître.
Petit à petit il développe sa propre personnalité aux côtés de son propriétaire. Pleo, dort, mange, pousse de petits rugissements, se promène tout seul et réagit aussi aux sollicitations extérieures et à la moindre caresse. Il explore son environnement, étudie votre doigt et va jusqu’à vous lécher la figure.
Puis il devient adolescent et développe des émotions : curiosité, étonnement, peur ; il peut être joyeux et joueur, vexé ou honteux, (si vous lui faites des remontrances). Mais comme avec un animal, vous avez l’impression qu’il vous aime. Vous lui apprenez son nom, mais vous pouvez lui apprendre à danser et à chanter, mais pas encore à lire et écrire lol.
 
Comment est ce possible qu’un robot puisse apprendre ainsi ?
On a copié sur l’homme :
Je vous ai souvent parlé des centres d’apprentissage, où quand vous essayez er vous faites mieux que la fois précédente, certains neurones sécrètent un neurotransmetteur : la dopamine. Cela incite à continuer dans la même voie ; au contraire si l’essai est moins bon, l’absence de
Chez l’animal, quand vous le dressez, vous lui donner une récompense quand il réussit, un poisson à un phoque, une otarie ou un dauphin, de la viande au tigre, un petit bout de chocolat au chien … (nota : une souris d(ordinateur au chat, cela ne marche pas !).
Le robot, c’est pareil, chaque fois qu’il réussit, qu’il progresse, un signal électrique le lui dit : c’est l’équivalent de la dopamine ou de la récompense.
 
Evidemment pour l’instant c’est limité à des tâches simples : il n’y a que des ordinateurs et pas un vrai cerveau derrière. C’est pour cela qu’il vaut mieux un robot phoque ou dinosaure. Avec un robot chien, on se rendrait trop vite compte de la différence avec une b^pete réelle, dotée d’un vrai cerveau. Par contre on pourra un jour apprendre à un robot à parler correctement, à lire et à écrire ; pas à un animal (sauf les singes supérieurs auxquels on apprend le langage des sourds-muets).

 

Vendredi 31 mai 2013 à 7:55

Sciences et techniques

J'avais vu sur la site "Internautes, des photos des 10 aéroports réputés les plus dangereux. Ayant beaucoup voyagé en avion, de ligne, militaire ou de tourisme, tantôt dans les fauteuils de passager, tantôt dans la cabine de pilotage, j'ai eu envie de chercher un peu plus de détails sur internet.
          Je ne vous montrerai pas les 10 aérodromes, mais quelques photos seulement, et je vous donnerai les adresses de quelques vidéos, qui vous montreront ce que voit le pilote.

         Ce premier aéroport, à Saint Martin " Princess Juliana", dans les Antilles néerlandaises n'est pas particulièrement dangereux pour l'avion, mais impressionnant pour les estivant sur la plage en bout de piste, les avions qui y atterrissent et passent à 10 ou 15m d'altitude au dessus de la plage. (photo ci dessous, mais aussi l'adresse suivante de film :
http://www.topito.com/top-10-des-aeroports-insolites-ou-tu-sers-un-peu-les-fesses-a-latterrissage
Si vous avez un grand écran sur votre ordi, mettez vous en plein écran c'est plus impressionnant.

http://lancien.cowblog.fr/images/Divers/princessjulianasaintmartin998762.jpg

           Par contre aux mêmes Antilles néerlandaises, l'aéroport de Saba est lui, très dangereux : piste très courte, entourée de montagnes et de falaises et de la mer de l'autre coté. De plus il y a souvent de forts vents latéraux, vous obligeant à vous poser "en crabe".
Le film d'approche, dans le poste de pilotage d'un petit avion est impressionnant (même adresse); on s'arrête à 20 m de la mer !!


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           Deux aéroports en bord de mer : Kansaï au Japon, où il est situé dans la baie d'Osaka sur une ïle artificielle, accessible par la route par un pont.
Il ne faut pas rater la piste, mais ce n'est pas très dangereux.
           Egalement accessible sans trop de difficulté, l'aéroport de Gibraltar, mais il est en plein milieu de la ville (faute de place) et une route automobile le traverse, évidemment fermée par une barrière, chaque fois qu"'un avion décolle ou atterrit. La police est bien faite et il ne semble pas y avoir t d'accidents.

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           Les pilotes des avions à l'approche de l'aéroport de Funchal à Madère n'ont pas la tâche facile. Entourée de montagnes aux reliefs particulièrement importants, la piste d'atterrissage oblige le pilote à réaliser des manœuvres d'approche particulièrement acrobatiques. En 2000, l'aéroport a été agrandi de 180 piliers de béton lui permettant d'empiéter sur la mer.
           La vidéo vous montrera comment cette approche n'est pas facile avec ses virages et réalignements, au fur et à mesure qu'on perd de l'altitude.

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         L'aéroport Tenzing-Hillary, Lukla (Nepal) : classé comme l’aéroport le plus dangereux du monde, d’où partent la plupart des aventuriers qui veulent grimper l’Everest.
Située à 2860m d'altitude, la piste ne fait que 500 mètres et il n'y a aucune aide à l'atterrissage; seuls de petits avions à moteur peuvent y atterrir.
Un film est visible à la même adresse : atterrissage et décollage sont au ras de piste. Je n'aimerais pas piloter à cet endroit !!

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          Enfin si vous voulez voir des approches ratées et vous faire peur je vous recommande les deux vidéos suivantes :
          La première concerne l'aéroport de Hong Kong, en bordure de mer et de la ville, où l'approche est difficile et demande divers virages. Sur la vidéo, sans doute du vent de travers, l'avion s'est présenté "en crabe", n'a pas redressé à temps et sont train d'atterrissage en a pris un bon coup (voir la "fumée" des pneus au moment de l'impact). Certains avions qui ratent leur atterrissage terminent dans l'eau (photo de droite).
          La seconde concerne l'aéroport de Saint Barthélémy, aux Antiilles françaises (vidéo sur http://lesmecanosduciel-lgm.over-blog.com/article-top-12-des-aeroport-les-plus-dangereux-du-monde-113578842.html ). Sa piste est très courte ( 640 mètres)et se termine sur le lagon, et si on ne se pose pas au début de la piste, on termine dans l'eau. Seuls les petits avions à hélices de moins de 20 places, peuvent s'y poser. (photo de gauche au décollage !!)

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Dimanche 28 avril 2013 à 9:19

Sciences et techniques

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            Je vous ai décrit hier les résultat de l’étude par l’université d’Harvard, d’un petit robot d’abeille « Robobee », de 3 cm d’envergure et pesant moins d’un gramme.
            Aujourd’hui, je vous parlerai de la partie informatique de l’étude, non pour contrôler le vol du robot, mais pour lui permettre de se repérer, de se guider et de programmer ses actions et l’activité de nombreux robots, « butinant » ensemble.
 
            Les robots habituels ont à bord des accéléromètres et des gyroscopes qui leur donnent le moyen de reconstituer leur trajectoire et de se repérer sur des cartes géographiques numérisées. Mais un tel mécanisme serait trop lourd pour notre robot-abeille.
            Les chercheurs ont essayé d’imiter la vision des abeilles, avec un système visuel simple, mais efficace, qui analyse le mouvement des objets dans le champ visuel d’un « œil » capteur d’images.
            Les objets proches se déplaçant plus vite dans le champ que les objets éloignés, on peut utiliser cette information pour « calculer » une représentation tridimensionnelle de l’environnement. Toutefois ce processus demande un traitement important et donc un calculateur performant, d’autant plus que le « cerveau » du robot doit ensuite prendre des décisions pour diriger son vol et commander ses actionneurs.
            Les microprocesseurs actuels pouvant faire ce calcul étaient trop gros et trop pesants.
            Harvard a donc fait développer des circuits spécialisés ne faisant qu’une seule chose, mais très rapidement, et en les associant ensuite.
            Pour cela les chercheurs ont construit un beaucoup plus grand robot ;abeille, qui n’a pas volé, mais qui portait des capteurs optiques en essai, de caractéristiques et performances diverses, et devant lesquels on projetait des images de l’environnement, comme si le robot volait réellement. On étudiait alors les réactions des ailes, la puissance consommée, les performances obtenues.
            Cette étude a permis d’optimiser en partie les capteurs et maintenant de commencer à étudier et à perfectionner les logiciels et les éléments de microprocesseurs, qui constitueront le cerveau de Robobee.
 
Le problème est ensuite de coordonner les abeilles robot pour acquérir l’intelligence d’un essaim.
            Seule, une abeille ne peut pas faire grand chose et c’est la ruche tout entière qui participe à la tâche, notamment d’exploration, en sélectionnât les zones intéressantes, en balisant les itinéraires, en répartissant les tâches.
            Des chercheurs ont fait de nombreuses études dans le domaine de « l’intelligence des essaims », et des informaticiens ont fait des logiciels qui essaient de reproduire cette qualité. Mais ce n’est pas simple, car l’approche est très particulière : on ne peut programmer l’intelligence de chaque robot, on ne peut traiter l’essaim que comme un tout, chaque robot n’étant qu’un numéro, ce qui est un raisonnement complètement opposé à l’intelligence humaine qui est individuelle.
            Un exemple simple : si on veut faire démarrer l’essaim de milliers de robot, on ne peut avoir le temps d’allumer un interrupteur sur chaque robot. Ce serait prohibitif et cela coûterait trop cher. Il faut donc un signal extérieur, partout le même où se trouve un robot qui le « réveille ».
            Harvard a développé des programmes à partir d’organigrammes des tâches à accomplir, avec des conditions pour s’adapter à des conditions particulières, qui déclenchent de nouvelles tâches. Chose curieuse, ses informaticiens traitent l’essaim d’abeilles (robots), comme la propagation d’un fluide et chaque robot utilise un calcul de probabilités en fonction des conditions de l’environnement, pour déterminer s’il va accomplir une tâche donnée.
            En définitive c’est l’étude d’un comportement collectif et d »un nouveau langage informatique qui est nécessaire pour traiter ce problème.
            Les chercheurs d’Harvard ont crée ainsi des robots qui ne ressemblent pas à Robotbee, mais sont déjà fabriqués et permettent d’étudier comment coordonner leur action entre eux, grâce à ces programmes originaux. Par exemple pour que l’un des robots puisse informer les autres de trouvailles intéressant l’ensemble. Ils espèrent ainsi avoir la collaboration d’autres équipes qui poursuivraient des buts différents de ceux de Robobee et pouvoir construire des robots d’ici une dizaine d’année pour une utilisation vers 2030.
 
 
            En effet un essaim de robots pourrait être utilisé à des fins très diverses d’exploration, par exemple rechercher des blessés, des personnes ensevelies lors de catastrophes naturelles, (par exemple en détectant, selon les robots, des sons, de la chaleur, du CO2 etc…), pour la surveillance de lieux hostiles, pour la détection d’objets disséminés dans de grandes étendues. Actuellement on peut utiliser de grands drones très coûteux, qui risquent d’échouer dans leur tâche, très longue pour explorer toute la zone concernée.
 
            Avec un essaim de plusieurs milliers de microrobots peu chers et fiables, certes la plupart des robots ne trouveront rien, mais il suffit que quelques uns trouvent ce qu’on cherchait, pour que l’essaim ait accompli la mission, dans un temps très court, ce qui est indispensable le plus souvent pour la réussite de l’opération.
 
 

Samedi 27 avril 2013 à 10:35

Sciences et techniques

J’ai lu dans la revue « Pour la Science », un article assez extraordinaire de trois professeurs de l’Université d’Harward : les docteurs Robert wood qui enseigne l’ingénierie, madame Radhika Nagpal, informaticienne, et Gu Yeon Wei, professeur de génie électrique.
            Leur équipe étudie et réalise de minuscules robots, destinés à évoluer en « colonies » pour remplacer les abeilles, décimées par les pesticides de Monsanto, qui n’arrivent plus à polliniser les plantes efficacement.
            Mais ces robots pourraient avoir de nombreuses autres missions humanitaires.
            Je vais essayer de décrire dans cet article leur structure extraordinaire et demain j’essaierai de résumer les problèmes de coordination autonome d’un « essaim » de robots.
 
            Ces robots sont extraordinaires à deux titre :
                                    Ils sont minuscules : ailes comprises ils ont une longueur de l’ordre de 3 cm et une longueur d’environ 4 cm.
                                    Leur vol imite celui des insectes et les ailes sont mues à l’aide de systèmes piézoélectrique ressemblant à des muscles d’abeille.
 
            Je reproduis ici les schémas parus dans « Pour la Science ». Le premier schéma ci dessous est celui du robot, très agrandi. Les deux schémas en dessous expliquent le mécanisme du vol, car le plus difficile est évidemment de faire voler ce robot qui s ‘appelle « Robobee » (l’abeille robot).
            Sur le schéma ci dessous, vous voyez très agrandi la constitution du robot : une structure, une batterie qui lui confère son autonomie électrique, l’alimentation, le microprocesseur qui commande le vol et les réactions du robot, puis trois « actionneurs, (en bleu) pour la commande des ailes. A l’avant des capteurs optiques, les « yeux » du robot.


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            Ce robot est d’un poids très faible : moins d’un gramme. La pesanteur et l’inertie de l’appareil sont presque négligeable par rapport aux forces aérodynamiques de frottement et d’effets des courants d’air. Les systèmes mécanique classiques (par exemple quadricoptères à voilures tournantes), ne peuvent fonctionner. Il faut imiter le vol des insectes et commander les ailes comme avec des muscles.
            Nos chercheurs ont recours à des matériaux piézoélectriques, qui se contractent sous l’effet d’une tension électrique et se courbent dans un sens, puis dans l’autre si on inverse la tension. Les ailes sont articulées de façon à pouvoir se mouvoir d’avant en arrière sous l’effet de cet actionneur principal. Le robot bat donc des ailes, mais cela ne lui confère pas une stabilité suffisante.
            Les ailes peuvent aussi pivoter sur elles mêmes, en avant et en arrière. Là pas d’actionneur : cette rotation est passive, sous l’effet des forces aérodynamiques de l’air et de l’inertie des ailes, et l’élasticité de leurs charnières. On peut montrer cela par le calcul et également que le vol est ainsi stabilisé (j’avoue que la démonstration que j’ai essayé de lire sur un article plus complet, dépasse largement mes connaissances mathématiques !!!).
            Par ailleurs de petits actionneurs latéraux peuvent « déformer » les mouvements de l’aile, pour engendrer des couples qui permettent de diriger, faire monter ou descendre et faire tourner le robot.
            Les « muscles piézoélectriques » développent une puissance comparable à ceux physiologiques d’un insecte.
            Actuellement de nombreux mécanismes ont été essayé et optimisés, tant sur le plan du vol que de la facilité de construction. Le problème principal est celui de la source d’énergie : pour le moment les vols ont eu lieu avec une source externe. Aucune batterie n’est actuellement assez légère et puissante pour permettre un vol de plus de quelques dizaines de seconde !!
            Demain je parlerai de la difficulté technique de créer un microprocesseur qui serve de cerveau à l’abeille robot, avec les capteurs lui permettant de se diriger
 
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            Quelques mots sur la réalisation pratique de ces minuscules robots (voir le schéma ci dessous).
            Le matériau résistant est constitué de deux plaques très fines de fibres de carbone.
On usine au laser les pièces à réaliser identiques dans les deux plaques. Puis on intercale antre elle une plaque de plastique mou et deux plaques d’adhésif et on aligne le tout .
On peut réaliser ainsi des plaques déformables et notamment des articulations, suffisamment résistantes.
            Des éléments du châssis sont ainsi réalisés sur une plaque plane et on procède à un dépliement autour d’articulations, qui permet ainsi d’obtenir une structure 3D.
            La technique doit permettre une très grande série (des centaines de milliers d’insectes) et un coût très bas.
 
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            Les vols de ces robots ont eu lieu, mais avec un apport d’énergie extérieur. Il s’agit encore d’une pré-étude. Sans doute le problème du micoroprocesseur sera t’il résolu avec les progrès des technologies. Beaucoup plus difficile est celui de la source d’énergie, de très faible poids.
           
 

Mardi 15 janvier 2013 à 8:08

Sciences et techniques

  La troisième partie de la visite du musée de l'air est consacrée aux avions d'après guerre  dont un certain nombre de prototypes sont rassemblés dans des salles, essentiellement le début des avions à réaction militaires et le passage du mur du son.
Ci dessous dans l'ordre, le Mistral, le SO 9000, le Griffon, le mystère IV, le Mirage III et derrière lui, l'avion fusée à statoréacteur Leduc, enfin le Mirage 2000.
Mais il y a des dizaines de prototypes.

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           Puis on peut voir à l'extérieur sur les pistes en béton d'une part deux prestigieux avions de ligne qu'on visite ; deux  Concorde et un Boeing 747, en partie désossés à l'intérieur, de telle sorte qu'on voit le câblage électrique et hydraulique, les soutes et la structure de la coque, et un Canavair, avion de lutte contre les incendies de la Protection Civile. D'autre part tous les prototypes d'avions militaires successifs de l'armée française et quelques avions étrangers.

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           Une autre salle est consacrée aux voilures tournantes, premiers prototypes d'hélicoptères et matériels français successifs

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           Enfin une grande salle est consacrée à l'espace avec diverses maquettes de fusées et des satellites divers, tandis qu'à l'extérieur on peut admirer une Ariane, imposante par sa hauteur.


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           Nous sommes restés toute une journée et nous n'avons pas tout vu. Il faudrait 2 jours pour tout bien visiter !
           J'ai regretté de ne pas pouvoir aller faire un tour sur les simulateurs de vol, voir si je savais encore piloter, ce que je n'ai plus fait depuis 20 ans.
          
           Si vous êtes intéressé par l'aéronautique, et que vous passiez à Paris, allez voir ce musée, c'est vraiment intéressant et pas encore trop cher, 13 € si l'on inclus les visites intérieures d'avions et les simulateurs, 8 € pour une seule de ces deux activités, avec accès à toutes les salles.

Lundi 14 janvier 2013 à 7:18

Sciences et techniques

En 1914 les avions avaient atteint une certaine maturité par rapport à ceux des pionniers.

Une grande salle du musée de l'Air et de l'Espace est consacrée aux avions militaires de la guerre de 14/18.

(ci dessous le Spad de Guynemer et le fokker allemand de von Richthofen)

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           Ces avions sont d'abord utilisés dans un rôle d'observation, pour régler le tir de l'artillerie ou pour déposer et récupérer des agents derrière les lignes ennemies, les pilotes n'ayant alors que leur arme individuelle à bord.

            Les premiers essais de bombardement ont lieu dès août 1914, et les avions sont progressivement munis d de mitrailleuses, d'abord placées hors du champ de l'hélice, puis le tir s'effectue à travers l'hélice avec l'invention de la synchronisation moteur/arme. D'autres appareils disposent d'une arme pointée vers l'arrière et utilisée par l'observateur. Les combats deviennent de véritables duels, d'abord solitaires puis par formations entières.

Les progrès accomplis durant cette période sont énormes; les avions dont certains volent à 250 km/h et à plus de 7000 m d'altitude, ont été engagés sur terre et sur mer et la production a été importante (50.000 avions et 90.000 moteurs assemblés en France, pour environ 5 000 avions en service).

   La salle permet de voir, accrochés au plafond, les principaux avions français et allemands.

(Ci dessous un Bréguet équipé d'une mitrailleuse à l'arrière et un bombardier lourd allemand Gotha)

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           Une salle est consacrée aux progrès de l'aviation, principalement de transport de courrier, de fret et ensuite de passagers, de l'entre-deux guerres

(Ci dessous l'avion de l'aéropostale  de Saint Exupéry 1927 et le Potez 62 de 1938)

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(Ci dessus des avions de ligne (10 à 20 passagers) le Bernard 190 de 1920 et le Douglas DC2 de 1935)

Un hall est consacré aux avions militaires de la guerre 39/45 : nous y avons vu les principaux avions à hélice français, anglais, américains et allemands.

(Ci dessous les deux chasseurs consurrents le Spitfire anglais et le Focke Wulf allemand).


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            Et nous sommes montés dans un Dakota qui nous a parachuté dans les lignes ennemies, au milieu des tirs de DCA.

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     Malheureusement le musée n'a pas de superfroteresse B 29 de 1942. Cela m'aurait intéressé de visiter son poste de pilotage, ni de Léo 45 , à droite, le  bombardier français, dont mon père a commandé une escadre en 1940, et sur lequel, avant de partir au front, il m'avait fait faire en 1939, mon baptême de l'air, (j'avais 7 ans), mort de trouille, dans le nez complètement vitré du mitrailleur avant : on était sanglé sur un petit siège métallique dans une bulle de verre blindé; c'était impressionnant, mais quelle belle vue : mieux qu'en hélico !!.

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