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Les mains dans le Nano Monde Présence au delà du perceptible 10 -9 m.

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2 Les mains dans le Nano Monde Présence au delà du perceptible m

3 Joël Chevrier Professeur de Physique Université Joseph Fourier Grenoble European Synchrotron Radiation Facility ESRF

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9 La réalité effective, cest à dire celle qui fait effet sur nous, cest lénergie …la matière est une invention, assez imparfaite dailleurs, pour nous représenter ce quil y a de permanent dans toutes les vicissitudes.

10 Jimmie Durham Stoneheart Le contact Linteraction je vois je touche

11 Alors il y a évidemment un infiniment grand mais pas de nouveauté dans linfini 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 ….

12 Ce nest pas la simplicité pour autant…. …le livre de la nature est écrit en langue mathématique…...etc etc etc etc….. Equations de Maxwell rot E = - B/ t div E = 0 Newton: mécanique dP/dt = les forces EAU: Equation de Navier Stokes Chaleur : dS > dQ/T trajectoire mouvement dynamique Le Verrier calcule 2 ans à la main…pour pointer Uranus

13 Finalement devant labondance de résultats expérimentaux, en 1908, Ostwald enoncera explicitement sa conviction que les atomes existent dans lintroduction de son livre Chimie Générale …il aura été un des derniers à lutter ardemment et avec talent contre les atomes...

14 …un plan de la réalité… séparé, invisible, inaccessible, différent radicalement

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16 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 Science en vente partout actuellement….

17 on fonde la notion d objet à notre échelle sur le plan des atomes objet défini et isolé chimie/cohésion rigidité extension spatiale séparation/localisation/séparabilité frontière brutale non pénétrabilité (impénétrable même leau) interaction contact frottement collage/chimie contamination/échange usure Mouvement/dynamique TRAJECTOIRE vitesse Discret/continu nano/macro forme unique irréversible

18 Consequence de lémergence du plan atomique …. notre corps se trouve coincé dans son échelle …. Seul notre esprit sabstrait de cette échelle … cela va saggraver dans le 20ème siècle….

19 ….avec dautres changements immenses bien connues aujourdhui mais si LA MAIN......le choc du nanomonde En regardant par la fenêtre... la lumière ….les photons indiscernables individuellement impredictibles

20 Non séparabilité Non localité Pas de trajectoire Objet … ?

21 Perte de la trajectoire Réaction des étudiants

22 Flipper avec électron/photon/atome/neutron/proton TRAJECTOIRE lélectron: un objet?

23 le contact…. …linteraction

24 un objet isolé 1 touche un objet isolé 2 Pour un physicien à notre échelle….. Définition Modèle Propriétés Concepts Mesures Equations Définition Modèle Propriétés Concepts Mesures Equations …interaction collision attraction/répulsion contact/sans contact déformation chimie/collage chaleur frottement vitesse énergie… le CHAMP électromagnétique modification immédiate toujours présenteirréversible toujours présenteirréversible… même si cette modification est au plan atomique le contact nest pas un acte gratuit même en physique

25 Interaction entre 2 électrons par échange de photons Non localisé réversible échange indiscernabilité inséparable

26 Dessin impossible... électrons indiscernables

27 où estce Nanomonde ? mais où est donc ce Nanomonde ? est il loin ? interagit-il avec nous ? est il intéressant ? peut il nourrir notre relation à la réalité ? notre imaginaire ?

28 Ostwald abandonne devant quelle évidence??? comment le monde des atomes vient il à nous?...docteur Brown….

29 Observation visuelle (microscope optique) du mouvement éternel et incessant du grain de pollen Jean Perrin en 1900 environ : les atomes existent!!! MAIS…. Pas de perception directe des atomes Grain de pollen dans leau Mouvement frénétique et chaotique: m Est il loin ?? NON

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31 En passant du nanomètre au mètre: Rupture discret /continu De latome (nano) à lobjet (macro) Couplage/ lien Lieu de lobservation Lieu de lobservation Grain de pollen dans leau Mouvement frénétique et chaotique: m molécules

32 Est il loin ?? NON Nous sommes en lien direct avec ces échelles Nous sommes en lien direct avec ces échelles : Notre quotidien … Lactivité moléculaire remonte à notre échelle. -lADN -les virus Conséquences: - lorganisation moléculaire de la matière à partir dun code - et les maladies bien sûr Nano/micro Nucléation Croissance Différentiation macro Cliché Reachin Technologies ABReachin Technologies AB

33 Est il loin ?? Oui Conséquences: Action/mesure instrumentées Pas de perception Description scientifique: mes sens Là où mes sens ne vont pas…. équations …les équations et la mesure iront pour: définir ma vision du réel 500nm=1/2 micromètre 20 micromètres= diamètre dun cheveu reconstruite: Image reconstruite: un nanotube de carbone manipulé est manipulé à la main notre champ perceptif Il est hors de notre champ perceptif direct agir agir sur un nanoobjet unique est impossible -Vue -Toucher -Ouïe inopérants

34 Est il loin ?? OUI …..des changements déchelle nous séparent radicalement du nanomonde!!!! Perception Barrière capillaire 1 micromètre-1millimètre1 mètre Je boisUne fourmi boit en tenant une petite goutte

35 Leau nous prévient… …si nous transférons nos sens dans le nanomonde si nous passons la main dans le nanomonde…. il nous faudra: découvrir action dans le nanomonde: effet à nos échelles??? apprendrenous éduquer être habile nous habituer, lhabiter ???

36 On veut: - explorer - habiter - rêver - travailler dans Le Nanomonde

37 Ainsi on ne veut pas seulement en connaître les lois, les principes élémentaires: Equations de Maxwell rot E = - B/ t div E = 0 Newton: mécanique Equation de Navier Stokes: eau Chaleur : dS > dQ/T Equation de Schrödinger iħ / t = H Principe de Pauli: Confinement e- photon Pour lessentiel cest déjà fait !!!!

38 je….touche un objet …moi ma main mon corps un individu parmi dautres une part de matière organisée, consciente, ouverte, …. …séparation/localisation/séparabilité frontière brutale non pénétrabilité (impénétrable même leau) interaction: contact frottement collage contamination/échange usuremodificationimmédiate irréversible irréversible… …espace occupé: dehors/dedans matière condensée (i.e. atomes rassemblés) système isolé/ couplage au monde extérieur surface/volume/masse rugosité forme/unique/discernable déformation… … très difficile mais le nanomonde est là

39 aussi mais moins calme et beaucoup trop compliqué pour moi…. un « je »touche un « je » lautre la rencontre la vie….

40 dedans/dehors/forme/impénétrable volume/rigidité/masse/densité contact: répulsion de cœur dur propriété atomique je touche vois entend un nanoobjet Un nanobjet: Cest quoi…un objet? cest où…? localisation/espace/ confinement je le touche…? visualisation??? Nanomanipulateur à retour deffort un macroobjet impose sa présence localisée dans lespace me renvoie l unique objet de... vision toucher

41 Perception/action/création dans un monde nouveau !!! Monde en réduction Cf voyage fantastique de Asimov connaissance abstraite indirecte

42 Dabord trouver laccés…. Pointe…… ….le bout du doigt Cliché IEMN Lille

43 20um10um …le doigt complet

44 un nanopalpeur un nanooutil Images 5nmx5nm

45 Fe/Cu(111) M.F. Crommie, C.P. Lutz, D.M. Eigler, Science 262 (1993) 218 IBM Yorktown Heigths

46 Un nanopalpeur/nanooutil signifie: un contact direct avec le nanomonde transfert de mètre à 1mètre!!! notre comment questionne t il notre relation tactile au réel: …Un nanomanipulateur à interface haptique et visuelle

47 European Presence Research Conference - A. Luciani PRESENCE ? Annie Luciani, Joël Chevrier, Daniela Urma, Sylvain Marlière Computer Arts Laboratory Ministère de la culture Institut National Polytechnique LEPES - PicoNewton Group CNRS - Université Joseph Fourier Institut National Polytechnique Cyberworlds Singapour Grenoble - France distant, synthetic,cyber, inaccessible worlds sufficiently present or real for us? HOW?...and why?

48 European Presence Research Conference - A. Luciani Computer Sciences and Computer Arts Cyberworlds Singapour What are the minimal sensori-motor (& modeling) conditions To play with expressiveness a virtual violin? Physics & nanosciences What are the minimal sensori-motor (& modeling) conditions To observe nanoobjects and build them with our hands? Why and how to render sensorial inaccessible physical laws?

49 European Presence Research Conference - A. Luciani These two complementary And extreme examples addresse the core question of the Mystery of the Presence that is, in fact, the question of the Absence. But the absence of WHAT ? THAT is the Suspense!!!

50 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-real an usual question of philosophy Platon Kant etc, etc, etc….

51 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 in Person-Machine computer interaction (VR / AR / MR)* * Virtual, Augmented, Mixed Reality Techno….

52 European Presence Research Conference - A. Luciani What we observe, today, along this evolution of our instruments to communicate, observe and transform the world Despite the quest of high visual realism In synthetic images, Visual feedback seems often insufficient, to trigger the feeling of Presence 1 Auditive feedback can be better Better, not sufficient, asymptotic feeling of Presence 3

53 European Presence Research Conference - A. Luciani Restoring 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

54 nanomonde Pointe-capteur Interactions: Définition de la Présence dans le micro/nanomonde action/perception/ éducation/apprentissage But du Nanomanipulateur: A partir du capteur: au niveau de Reconstruction multisensorielle de la perception ( vue, toucher, ouïe )

55 Clichés Sylvain Marlière ICA/ACROE

56 Le TGR (Transducteur Gestuel Rétroactif) Caractéristiques de linterface doigt/machine déterminent les performances de la TGR est un manipulateur composé de tranches indépendantes (une par degré de est mue par un actionneur électromagnétique et reliée à un capteur de position haute résolution (2 Déplacement vertical de 20 mm et une fréquence de coupure de Force permanente de 50N, extensible en transitoire jusquà 200N pour une vitesse maximale de 2 m/s Le TGR a été développé par le Laboratoire ICA-ACROE (

57 Daprès

58 Contact à léchelle Nano: …… le champion

59 zoom sur la patte: et alors?

60 juillet 2003 Nantechnologie fabrication de nanostructures par lithographie

61 Contact à léchelle Nano: à mon tour mesure: courbe approche/retrait 2- je veux contrôler/sentir être aux commandes…. Petits films…..

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63 CO-Man, Peter Zeppenfeld and Don Eigler

64 Rendre du réel visible palpable modifiable Palper / manipuler les électrons toucher un champ Un Champ électrique!!! - -

65 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 e-e-

66 Substrat matériel: défini par les positions atomiques nanoObjet* sans matière visualisé touché manipulé utilisable Objet: existence, extension spatiale, contact dépendent de: nanomanipulateur -linteraction é avec je à travers le nanomanipulateur reconstruction sensorielle numérique -et la reconstruction sensorielle numérique * origine: quelques électrons mis à la main sur la surface

67 Reconstruction et simulation multisensorielle de la perception (vue, toucher, ouïe) 2 m 0 visualisation/manipulation du CHAMP électrique ???? Toucher/Retour deffort: Manipulation dobjets non matériels mais visibles et vues !!! Objet…?

68 La perception, le toucher, la visualisation de ces nanoobjets dépendent de mes choix, de mes décisions dans la reconstruction des stimuli multisensoriels à partir de la mesure temps réel et in situ de linteraction avec la pointe … ici la liberté est totale, tous les coups sont permis

69 - palper un objet (de champ ) pénétrable, pénétrant, définir le contact répulsif avec sa frontière floue à partir dune interaction attractive (surprenant mais…facile) - objet de lumière à étudier/construire/définir/choisir

70 et à la fin de lenvoi…… au fait peut on toucher le vide….... quantique bien sûr OUI NON pardon, mais je suis vidé... il faut demander à Casimir Cest la fin...

71 appelée aussi énergie du vide...

72 ICA/ACROE Annie Luciani Claude Cadoz Jean Lou Florens LEPES Florence Marchi Joël 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) MENRT Ministère Culture Cet exposé a été présenté par Joël Chevrier Si la responsabilité des propos lui revient, cet exposé nexisterait pas sans la collaboration avec:


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