les mains dans le nano monde présence au delà du perceptible 10 -9 m

Les mains Les mains dans dans

le Nano Mondele Nano Monde

Présence au delà du perceptible

Laser Beam

Cantilever

Probe

Path of tipPiezoscanner

Sample

Miror

Deflection detector

X

Y

Z

Atomic Forces Microscope

f FProjection module

1010-9-9mm

Joël ChevrierProfesseur de PhysiqueUniversité Joseph Fourier Grenoble

European Synchrotron Radiation FacilityESRF

La réalité effective, c’est à dire celle qui fait effet sur nous, c’est l’énergie”

…la matière est une invention, assez imparfaite d’ailleurs, pour nous représenter ce qu’il y a de permanent

dans toutes les vicissitudes.

Jimmie DurhamStoneheart

Le contact

L’interaction

je vois

je touche

Alors il y a évidemment un infiniment grand

mais pas de nouveauté dans l’infini petit…

La réalité est là…devant moi...directement accessible à mes sens…

je suis en prise direct avec le plan ultime de la réalité caractérisée par la continuité ….

Ce n’est pas la simplicité pour autant….

…le livre de la nature est écrit en langue mathématique…...etc etc etc etc…..

Equations de Maxwellrot E = -B/tdiv E = 0

Newton: mécanique

dP/dt = les forcesEAU: Equation de Navier Stokes

Chaleur : dS > dQ/T

trajectoiremouvement

dynamique

Le Verrier calcule 2 ans à la main…pour pointer Uranus

Finalement devant l’abondance de résultats expérimentaux,

en 1908, Ostwald enoncera explicitement sa conviction que les atomes existent

dans l’introduction de son livre Chimie Générale

…il aura été un des derniers à lutter ardemment et avec talentcontre les atomes...

…un plan de la réalité…séparé, invisible, inaccessible,

différentradicalement

Notre expérience immédiate

est controlée par les propriétés des atomes….

… et ce plan de la réalité est inaccessible

à nos sens, à notre expérience directe,à notre compréhension…..???

….et ALORS……...

….et ALORS………

“il y a des atomes dans mon café”

titre du livre de Pablo Jensen coll. Points Scienceen vente partout actuellement….

on fonde la notion d ’objeton fonde la notion d ’objetà notre échelle sur le plan des atomesà notre échelle sur le plan des atomes

objet défini et isolé chimie/cohésion

rigiditéextension spatiale

séparation/localisation/séparabilitéfrontière brutale

non pénétrabilité(impénétrable même l’eau)

interactioncontactfrottementcollage/chimiecontamination/échangeusure

Mouvement/dynamiqueTRAJECTOIREvitesse

Discret/continunano/macroformeuniqueirréversible

Consequence de l’émergence du plan atomique

…. notre corps se trouve coincé dans son échelle….Seul notre esprit s’abstrait de cette échelle…

cela va s’aggraver dans le 20ème siècle….

….avec d’autres changements immenses

bien connues aujourd’hui mais si LA MAIN......le choc du nanomonde

En regardant par la fenêtre...

la lumière….les photons

indiscernablesindividuellement impredictibles

Non séparabilité

Non localité

Pas de trajectoire

Objet … ?

Perte de la trajectoire

Réaction des étudiants

Flipper avec électron/photon/atome/neutron/proton

TRAJECTOIRE l’électron: un objet?

le contact….

…l’interaction

un objet isolé 1touche

un objet isolé 2

Pour un physicien à notre échelle…..

DéfinitionModèle PropriétésConceptsMesuresEquations

DéfinitionModèle PropriétésConceptsMesuresEquations

…interactioncollisionattraction/répulsioncontact/sans contactdéformationchimie/collagechaleurfrottementvitesseénergie…le CHAMP électromagnétique

modification modification immédiate immédiate toujours présentetoujours présente irréversibleirréversible…même si cette modification est au plan atomique

le contact n’est pas un acte gratuit même en physique

Interaction entre 2 électrons par échange de photons

Non localisé

réversible

échange

indiscernabilité

inséparable

Dessin impossible...

électrons indiscernables

mais où estoù est donc ce Nanomonde ?ce Nanomonde ?

est il loin ?est il loin ?

interagit-il avec nous ?interagit-il avec nous ?

est il intéressant ? est il intéressant ?

peut il nourrir notre relation à la réalité ? peut il nourrir notre relation à la réalité ?

notre imaginaire ?notre imaginaire ?

Ostwald abandonnedevant quelle évidence???

comment le monde des atomes vient il à nous?

...docteur Brown….

Observation visuelle (microscope optique)

du mouvement éternel et incessant du grain de pollenJean Perrin en 1900 environ: les atomes existent!!!

MAIS….Pas de perception directe des atomesPas de perception directe des atomes

Grain de pollendans l’eau

Mouvement frénétique

et chaotique:m

Est il loin ??Est il loin ??NONNON

En passant du nanomètre au mètre:En passant du nanomètre au mètre:Rupture discret /continuRupture discret /continu

De l’atome (nano) à l’objet (macro)De l’atome (nano) à l’objet (macro)

Couplage/ Couplage/ lien lien

Lieu de Lieu de l’observationl’observation

Grain de pollendans l’eau

Mouvement frénétique

et chaotique:m

molécules

Est il loin ??Est il loin ??

NONNON

Nous sommes en lien direct avec ces échellesNous sommes en lien direct avec ces échelles:

Notre quotidienNotre quotidien……

L’activité moléculaire remonte à notre échelle.-l’ADN-les virus

Conséquences: - l’organisation moléculaire

de la matière à partir d’un code- et les maladies bien sûr

Nano/micro

NucléationCroissanceDifférentiation

macro

Cliché Reachin Technologies ABwww.reachin.se

http://www.reachin.se/copyright.html',600,668,'yes






Oui

Conséquences:Conséquences:Action/mesure instrumentéesPas de perception

Description scientifique:Description scientifique:Là où mes sensmes sens ne vont pas….…les équations équations et la mesure iront pour:

définir ma vision du réeldéfinir ma vision du réel500nm=1/2 micromètre20 micromètres= diamètre d’un cheveu

Image reconstruitereconstruite::un nanotube de carbone est manipulémanipulé à la main

Il est hors de notre champ perceptifnotre champ perceptif direct

agiragir sur un nanoobjet unique est impossible

-Vue-Toucher-Ouïe

inopérants


OUIOUI……..des changements d’échelle ..des changements d’échelle

nous séparent nous séparent radicalementradicalement du nanomonde!!!! du nanomonde!!!!

PerceptionPerception

Barrière capillaireBarrière capillaire

1 micromètre-1millimètre 1 mètre

Je bois Une fourmi boit en tenant une petite goutte

L’eau nous prévient…

…si nous transférons nos sens dans le nanomondesi nous passons la main dans le nanomonde….

il nous faudra:découvrir

action dans le nanomonde: effet à nos échelles???

apprendre nous éduquer

être habilenous habituer, l’habiter ???

On veut: On veut: - explorer- explorer

- habiter- habiter- rêver - rêver

- travailler dans - travailler dans

Le NanomondeLe Nanomonde

Ainsi on ne veut pas seulement en connaître les lois, les principes élémentaires:

Equations de Maxwellrot E = -B/tdiv E = 0

Newton: mécanique

Equation de Navier Stokes: eau

Chaleur : dS > dQ/T

Equation de Schrödingeriħ /t = H

Principe de Pauli: Confinement

e-e-

e- e-

photon

Pour l’essentiel c’est déjà fait !!!!

je…. touche

un objet

Laser Beam

Cantilever

Probe


Sample

Miror

Deflection detector

X

Y

Z



…moima mainmon corpsun individu parmi d’autresune part de matière organisée,consciente, ouverte, ….

…séparation/localisation/séparabilitéfrontière brutalenon pénétrabilité(impénétrable même l’eau)interaction:

contactfrottementcollage

contamination/échangeusuremodification modification

immédiateimmédiateirréversibleirréversible…

…espace occupé: dehors/dedans

matière condensée (i.e. atomes rassemblés)système isolé/couplage au monde extérieursurface/volume/masserugositéforme/unique/discernabledéformation…

… très difficile mais le nanomonde est là

aussi mais

moins calme et beaucoup trop compliqué pour moi….

un « je » touche

un « je »

l’autre la rencontrela vie….

dedans/dehors/forme/impénétrablevolume/rigidité/masse/densité

contact: répulsion de cœur durpropriété atomique

je touchevois entend

un nanoobjet

Un nanobjet:C’est quoi…un objet?c’est où…?localisation/espace/confinement

je le touche…?visualisation???

Nanomanipulateur à retour d’effortNanomanipulateur à retour d’effort

un macroobjet impose sa présence localisée dans l’espace

me renvoie l ’unique objet de...

vision

toucher

Perception/action/création Perception/action/création dans un monde dans un monde nouveau !!!nouveau !!!

Monde en réduction

Cf voyage fantastique de Asimov

connaissance abstraite indirecte

Laser Beam

Cantilever

Probe


Sample

Miror

Deflection detector

X

Y

Z



D’abord trouver l’accés….

Pointe……Pointe………….le bout du doigt.le bout du doigt

Cliché IEMN Lille

http://www.iemn.univ-lille1.fr/sites_perso/microsystem/microsystem.htm

20um 10um

……le doigt completle doigt complet

un nanopalpeurun nanooutil

Images 5nmx5nm

Fe/Cu(111)

M.F. Crommie, C.P. Lutz, D.M. Eigler,

Science 262 (1993) 218

IBM Yorktown Heigths

Un nanopalpeur/nanooutil signifie:

un contact direct avec le nanomonde

transfert de 0.000000001mètre à 1mètre!!!

comment questionne t il notrenotre relation tactile au réel:

…Un nanomanipulateur à interface haptique et visuelle

European Presence Research Conference - A. Luciani

PRESENCE ?

Annie Luciani, Joël Chevrier, Daniela Urma, Sylvain Marlière

Computer Arts LaboratoryMinistère de la culture

Institut National Polytechnique

LEPES - PicoNewton GroupCNRS - Université Joseph Fourier

Institut National Polytechnique

Cyberworlds 2003 - Singapour

Grenoble - France

distant, synthetic,cyber, inaccessible worldssufficiently present or real for us?

HOW?

...and why?


Computer Sciences and Computer Arts

Cyberworlds 2003 - Singapour

What are the minimal sensori-motor (& modeling) conditionsTo play with expressiveness a virtual violin?

Physics & nanosciences

What are the minimal sensori-motor (& modeling) conditionsTo observe nanoobjects and build them with our hands?

Why and how to render sensorial inaccessible physical laws?


These two complementaryAnd extreme examples addresse the core question

of the Mystery of the Presencethat is, in fact, the question of the Absence.

But the absence of WHAT ?

• • • THAT is the Suspense!!!


Is Presence a new problem ?

At the philosophical level : not The question of the distinction of

what is real and non-realan usual question of philosophy

PlatonKant

etc, etc, etc….


What is new here ?

instrumental tools

experimental level

new instruments for new scales in physics

new instruments for new human-object interaction inPerson-Machine computer interaction (VR / AR / MR)*

* Virtual, Augmented, Mixed Reality

Techno….


What we observe, today, along this evolution of ourinstruments to communicate, observe and transform the world

Despite the quest of high visual realismIn synthetic images, Visual feedbackseems often insufficient, to trigger thefeeling of Presence

1

Auditive feedback can be better 2

+

1

2

Better, not sufficient,asymptotic feeling of Presence 3


QuickTime™ et un décompresseurJPEG Animation B sont requis pour visualiser

cette image.

+ 3

4Restoring the sense of Reality

Very Good,Suddently, Emergence of a Strong piece of Reality

What do we oberve, today, with this new instrument

Reinforcing the sense of Reality

+ 2

+ 1

nanomonde

Pointe-capteur

Interactions:

Définition de la Présence dans le micro/nanomonde

action/perception/éducation/apprentissage

But du Nanomanipulateur:But du Nanomanipulateur:

A partir du capteur:

au niveau de

Reconstruction multisensorielle de

la perception (vue, toucher, ouïe)

Clichés Sylvain MarlièreICA/ACROEhttp://www-acroe.imag.fr

Le TGR (Transducteur Gestuel Rétroactif) Caractéristiques de l’interface doigt/machine

déterminent les performances de la nanomanipulation

@Le TGR est un manipulateur composé de tranches indépendantes (une par degré de liberté)

@Chacune est mue par un actionneur électromagnétique et reliée à un capteur de position haute résolution (2m),

@ Déplacement vertical de 20 mm et une fréquence de coupure de 10kHz

@ Force permanente de 50N, extensible en transitoire jusqu’à 200N pour une vitesse maximale de 2 m/s

Le TGR a été développé par le Laboratoire ICA-ACROE ( http://www-acroe.imag.fr)

D’après http://www-acroe.imag.fr/mediatheque/mediatheque.html

Contact à l’échelle Nano: …… le champion

zoom sur la patte:

et alors?

et alors?

juillet 2003

Nantechnologie

fabrication de nanostructures par lithographie

Contact à l’échelle Nano: à mon tour...

1- mesure: courbe approche/retrait

2- je veux contrôler/sentirêtre aux commandes….

Petits films…..

CO-Man,

Peter Zeppenfeld and Don Eigler

Rendre du réel visiblepalpablemodifiable

Palper / manipuler les électrons

toucher un champ

Un Champ électrique!!!

-

-

Laser Beam

Cantilever

Probe


Sample

Miror

Deflection detector

X

Y

Z



Une ou deux Clés:-mesure de forces faibles à longue distance entre ces nanoobjets:attractif/répulsif-rupture de l ’impénétrabilité (objet de champ électrique/magnétique)-pas de frontière-surface brutale/ pas de dedans-dehors

NC

Contact

ContactContact

e-

Laser Beam

Cantilever

Probe


Sample

Miror

Deflection detector

X

Y

Z



Substrat matériel: défini par les positions atomiques nanoObjet*sans matière

visualisétouchémanipuléutilisable

Objet: existence, extension spatiale, contactdépendent de:

-l’interaction é avec je à travers le nanomanipulateurnanomanipulateur-et la reconstruction sensorielle numériquereconstruction sensorielle numérique

*origine: quelques électronsmis à la main sur la surface

Reconstruction et simulation multisensorielle de la perception (vue, toucher, ouïe)

2m0

visualisation/manipulation du CHAMP électrique

???? Toucher/Retour d’effort:

Manipulationd’objets

non matérielsmais

visibles et vues!!!

Objet…?

La perception,La perception, le toucher, le toucher,

la visualisation la visualisation de ces de ces nanonanoobjetsobjets

dépendent dépendent de mes choix, de mes décisionsde mes choix, de mes décisions

dans la dans la reconstruction reconstruction des stimuli multisensoriels des stimuli multisensoriels

à partir de la mesure temps réel et in situ à partir de la mesure temps réel et in situ

de l’interaction avec la pointede l’interaction avec la pointe

…ici la liberté est totale, tous les coups sont permis

- palper un objet (de champ ) pénétrable, pénétrant,

définir le contact répulsif avec

sa frontière floue

à partir d’une interaction attractive (surprenant mais…facile)

- objet de lumière à étudier/construire/définir/choisir

et à la fin de l’envoi……

au fait peut on toucher le vide….

... quantique bien sûrOUI

NON

pardon, mais je suis vidé...

il faut demander à Casimir

C’est la fin...

appelée aussi énergie du vide...

ICA/ACROEAnnie LucianiClaude CadozJean Lou Florens

LEPESFlorence MarchiJoël Chevrier

LAG Alina Besançon

Thèse de Sylvain Marlière (9/2002)Responsables: C.Cadoz, F.Marchi

Postdoc ICA/LEPES Daniela Urma (1/2003)financement MENRT

Equipe/projet STIC Gulliver (2002)

MENRTMinistère Culture

Cet exposé a été présenté par Joël Chevrier

Si la responsabilité des propos lui revient, cet exposé n’existerait pas sans la collaboration avec:

les mains dans le nano monde présence au delà du perceptible 10 -9 m

Documents