les mains dans le nano monde présence au delà du perceptible 10 -9 m
TRANSCRIPT
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
Est il loin ??Est il loin ??
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
Est il loin ??Est il loin ??
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
Path of tipPiezoscanner
Sample
Miror
Deflection detector
X
Y
Z
Atomic Forces Microscope
f FProjection module
…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
Path of tipPiezoscanner
Sample
Miror
Deflection detector
X
Y
Z
Atomic Forces Microscope
f FProjection module
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?
European Presence Research Conference - A. Luciani
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?
European Presence Research Conference - A. Luciani
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!!!
European Presence Research Conference - A. Luciani
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….
European Presence Research Conference - A. Luciani
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….
European Presence Research Conference - A. Luciani
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
European Presence Research Conference - A. Luciani
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
Path of tipPiezoscanner
Sample
Miror
Deflection detector
X
Y
Z
Atomic Forces Microscope
f FProjection module
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
Path of tipPiezoscanner
Sample
Miror
Deflection detector
X
Y
Z
Atomic Forces Microscope
f FProjection module
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: