2013 - VISION ET REGARD - DU REGARD À L'INTERACTION : L'APPORT DE LA ROBOTIQUE DÉVELOPPEMENTALE

Phillippe Gaussier est professeur à l'université de cergy-Pontoise où il dirige un groupe de neurocybernétique au sein de l’UMR CNRS 8051.
Ses recherches utilisent les robots comme modèles et outils pour étudier la cohérence et la dynamique de différents modèles cognitifs (approche écologique et développementale de la cognition). Elles concernent d’une part la modélisation des mécanismes cognitifs impliqués dans la perception visuelle, la navigation, la sélection de l’action et d’autre part l’étude de la dynamique des interactions entre individus.
Philippe Gaussier a été membre de l’Institut Universitaire de France de 2005 à 2010.
Explorer et reconnaître une scène visuelle est une question complexe que la modélisation sur ordinateur et la robotique développementale éclairent aujourd’hui d’une lumière nouvelle. Des expériences robotiques font ressortir l’intérêt d’une exploration active de la scène visuelle et de sa caractérisation en tant que séquence ou chemin entre différentes vues locales. Nous montrerons, à partir de tâches de navigation visuelle, de reconnaissance d’expressions faciales, et de préhension d’objets, comment les informations sur le « quoi » et le « où » peuvent être intégrées pour développer des systèmes robotiques robustes, mais aussi pour questionner notre compréhension des mécanismes cognitifs. Dans le cadre d’une approchedéveloppementale, nous proposons que les capacités d’imitation émergent de l’ambigüité de la perception.L’apprentissage de tâches de plus en plus complexes peut être réalisé par une architecture couplant de manière très simple les informations sensorielles aux commandes motrices, mais il faut pour cela tenir compte des interactions interindividuelles, qui peuvent grandement simplifier les problèmes.

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QU'EST-CE QUI FAIT QU'UN SIMULATEUR PEUT DEVENIR UN "BON" OUTIL D'APPRENTISSAGE ?

Présentation générale du principe de simulation dans une démarche d'apprentissage en passant par plusieurs exemples de disciplines qui l'utilise.

Avec plus de cinquante exposants, le Mondial de la simulation 2011 a fait le plein. La sixième édition de ce salon unique en Europe a eu lieu les 30 septembre, 1er et 2 octobre 2011. Course automobile, aviation, simulation médicale, militaire, ferroviaire, vol en formation : tous les univers du virtuel ont été représentés. Avec un leitmotiv : offrir un large accès aux simulateurs et des démonstrations très pédagogiques. De quoi permettre au public des amateurs comme des débutants de tout comprendre de la simulation. Si la grande nouveauté 2011 fut la simulation médicale (avec des mannequins mis en oeuvre par la Brigade des Sapeurs Pompiers de Paris et le Service de Santé des Armées), on a compté nombre d’autres matériels inédits. L’INRS, avec son poste de conduite de chariot élévateur, l’armée de l’Air, avec son Mirage F1 au siège éjectable fonctionnel et le simulateur qu’utilise l’école de l’Air pour former les futurs pilotes de combat, etc. Il a même été possible de voler en formation avec les Red Arrows britanniques, de piloter des F1 et des voitures de rallyes…
Des conférences ouvertes au public ont été proposées dans l’auditorium du musée. Dédiées à la simulation pro, elles illustrent l’importance du virtuel en matière de formation et d’entraînement. On a pu y écouter le spationaute Jean-Loup Chrétien sur l’évolution de la simulation spatiale russe et américaine. Il a également été question de missions interarmées virtuelles entre chasseurs Rafale, des enquêtes sur les crashes aériens, du stress des passagers, de la formation des pilotes d’hélicoptères, de l’entraînement des cavaliers de haut niveau, etc.

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Définition :
La force de Coriolis est une force qui agit sur n'importe quel corps mobile dans un système tournant indépendamment. L'application la mieux connue de la force de Coriolis est pour le mouvement ou l'écoulement d'air à travers la Terre. L'effet est nommé d’après le physicien français Gaspard de Coriolis (1792-1843), qui a analysé le premier  le phénomène mathématiquement.
La Terre tourne autour de son axe de l'ouest vers l'est, une fois toutes les 24 heures. En conséquence, un objet se déplaçant au-dessus de la Terre dans la direction générale du nord ou du sud, et avec une vitesse constante relative à l'espace, sera dévié par rapport à la rotation de la Terre. Cette déviation va dans le sens d'une montre, ou vers la droite, dans l'hémisphère Nord et en sens inverse des aiguilles d'une montre, ou vers la gauche, dans l'hémisphère Sud.
Explication :
Quand un manège tourne même très lentement, il est impossible de parvenir au centre en marchant selon une ligne droite absolue: le mouvement de rotation du manège ajoute à notre déplacement un mouvement latéral, qui est facile à observer par une personne située hors du plateau.
Les vents autour de la Terre sont détournés par une force analogue.
Les forces découlant de la rotation de la Terre ont pour effet que l'air ne peut pas se déplacer en ligne droite d'une zone de pression élevée à une zone où la pression est basse. Dans l'hémisphère Nord, l'air est détourné vers la droite, alors que, dans l'hémisphère Sud, il est détourné vers la gauche.
La zone des conflits permanents, celle dans laquelle se produisent ces luttes toujours renouvelées entre les masses d'air tropicale et polaire, se situe entre les tropiques et le cercle polaire de chaque hémisphère. La ligne de rencontre se nomme front polaire.
L'air mobile subit une déviation apparente de sa route, comme vu par un observateur sur la Terre. Cette déviation apparente est le résultat de la force de Coriolis. La quantité de déviation que fait l'air est directement liée à la vitesse à laquelle l'air se déplace et sa latitude. Par conséquent, des vents soufflants lentement seront déviés seulement un peu, alors que des vents plus forts seront déviés beaucoup plus. De même, des vents soufflant près des pôles seront déviés plus que des vents à la même vitesse plus près de l'Équateur. La force de Coriolis est le juste zéro à l'Équateur.
La force de Coriolis agit seulement sur de grands objets comme des masses d'air se déplaçant sur des distances considérables.
Nous pouvons voir chaque jour, une manifestation de la force de Coriolis quand nous vidons notre bain , l’eau s’évacue en formant un tourbillon qui tourne dans le sens horaire dans l’hémisphère nord.
À une échelle plus grande, les avions ont tendance à dévier de leur trajectoire vers la droite et doivent corriger leur direction constamment. Les trains en direction nord-sud ont une légère tendance à "sortir" de leur rail vers la droite. Dans la nature, la force de coriolis a pour effet d'accentuer l'érosion des cours d'eau sur le côté droit.

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Le 17 mars, une équipe internationale de chercheurs a annoncé avoir détecté des ondes gravitationnelles. Gros plan sur ces déformations de l’espace-temps, prédites par Einstein et porteuses d'informations précieuses sur les phénomènes les plus violents du cosmos.
Aux lecteurs : cet article a été publié le 6 mars 2014, avant l’annonce de l’équipe internationale qui pense avoir détecté des ondes gravitationnelles à l’aide du radiotélescope Bicep-2, installé en Antarctique.
« La première observation d’une onde gravitationnelle ? Ce sera avant la fin de la décennie. » Benoît Mours, du Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de physique des particules1, en est persuadé : ces vibrations de la trame de l’espace-temps, prévues il y a un siècle par la théorie de la relativité générale d’Einstein, et dont personne aujourd’hui ne doute de l’existence, sont enfin sur le point d’être découvertes. Certes, les instruments installés au sol qui tentent de détecter ces ondes depuis les années 2000 n’ont rien vu pour le moment. Mais d’importantes améliorations de ces détecteurs sont en cours qui augmenteront énormément leur sensibilité dans les années qui viennent. Les ondes gravitationnelles ne devraient alors plus leur échapper.
Des ondes porteuses de précieuses informations
Produites par des cataclysmes cosmiques dans notre galaxie et au-delà, ces ondes se propagent à travers l’Univers à la vitesse de la lumière. Comme elles interagissent très peu avec la matière, elles nous arrivent presque intactes depuis leur lieu d’émission. S’ils parviennent à les capturer, les astrophysiciens disposeront ainsi d’un moyen unique pour étudier le cosmos et qui leur donnera des informations inaccessibles par les autres méthodes d’observation. Elles pourraient les renseigner aussi sur les tout premiers instants de l’Univers, puisque des ondes gravitationnelles émises par le Big Bang sont, en théorie, toujours perceptibles. Enfin, leur détection constituerait une confirmation supplémentaire des prédictions d’Einstein.
D’après la théorie de la relativité générale, tout objet massif déforme l’espace-temps à son voisinage. Et quand cet objet est accéléré très rapidement, ces déformations se propagent, un peu comme des vagues à la surface de l’eau : ce sont les ondes gravitationnelles. Seuls des événements astrophysiques violents sont capables de créer de telles ondes. Par exemple, lorsque deux étoiles à neutrons ou deux trous noirs tournent l’un autour de l’autre puis fusionnent. Ou encore lorsqu’une étoile massive explose en supernova. En observant ces ondes, les astronomes espèrent ainsi mieux comprendre ces phénomènes sur lesquels ils se cassent aujourd’hui la tête.
Des perturbations très difficiles à mesurer
Mais comment détecter une onde gravitationnelle ? Lorsqu’elle passe entre deux objets, celle-ci modifie la distance qui les sépare. Cet effet est toutefois extrêmement faible : en arrivant sur Terre, l’onde entraîne une distorsion de seulement 1 milliardième du diamètre d’un atome (10–19 mètre) pour une distance de quelques kilomètres ! En 1993, la France et l’Italie se sont lancées dans la construction d’un instrument capable de mesurer des perturbations aussi ténues : l’interféromètre Virgo, installé à Cascina, près de Pise. Dans cette installation de grande taille, un rayon laser est séparé en deux faisceaux. Ceux-ci sont alors dirigés dans deux bras perpendiculaires de 3 kilomètres de long. Chaque faisceau parcourt plusieurs allers-retours en se réfléchissant sur des miroirs. Il finit par sortir et croise l’autre faisceau avec lequel il se recompose. Si les deux faisceaux ont parcouru la même distance, les ondes lumineuses se compensent parfaitement et la sortie de l’interféromètre reste obscure. En revanche, si une onde gravitationnelle passe par là, elle raccourcit un bras et allonge l’autre. Les deux faisceaux se recomposent avec un léger déphasage et de la lumière sort de l’interféromètre.
En 2007, Virgo a commencé ses observations. Vu sa sensibilité, l’instrument ne pouvait détecter que des événements particulièrement intenses : des fusions d’astres compacts ou des explosions de supernovæ qui auraient eu lieu dans notre galaxie ou des galaxies proches. « Nous espérions détecter ces événements à raison de quelques-uns par an, confie Benoît Mours, membre de l’équipe scientifique de Virgo. Finalement, ces phénomènes se sont révélés plus rares que prévu et après plusieurs années d’observation, aucune trace d’onde gravitationnelle n’a été repérée. » Même constat du côté de Ligo, l’interféromètre concurrent construit aux États-Unis, qui a commencé à prendre des mesures en  2002.
Pas de quoi décourager les scientifiques pour autant. Les responsables de Virgo, tout comme ceux de Ligo, ont en effet décidé d’installer une version améliorée de leur expérience. Le chantier est en cours et devrait se terminer fin 2015. Baptisé Advanced Virgo, l’interféromètre nouvelle génération aura une sensibilité dix fois plus grande que celle de son prédécesseur, ce qui lui permettra de rechercher des sources dix fois plus lointaines. « Avec Advanced Virgo, on pourra sonder un volume d’Univers mille fois plus grand, se réjouit Benoît Mours. Nous aurons alors de très fortes chances de détecter des ondes gravitationnelles. »
Un projet de mission spatiale baptisé eLisa
Mais les astrophysiciens ne comptent pas s’arrêter là. Ils rêvent en effet d’une mission d’observation spatiale dédiée à ces ondes. Comme dans les interféromètres terrestres, on comparerait les distances parcourues par des faisceaux lasers, mais cette fois ceux-ci voyageraient entre des satellites. L’avantage majeur serait de s’affranchir des perturbations, notamment des vibrations sismiques, qui viennent compliquer les expériences au sol. Une telle mission est en projet depuis plusieurs années à l’Agence spatiale européenne. Baptisée eLisa, elle comprendrait trois satellites distants de 1 million de kilomètres entre lesquels deux faisceaux laser circuleraient en formant un « V ».
En raison de sa taille et parce que les perturbations qui existent sur Terre sont absentes dans l’espace, cette expérience serait sensible à des phénomènes cosmiques mettant en jeu des astres beaucoup plus massifs et beaucoup plus lointains que ceux visés par les détecteurs au sol. Par exemple le rapprochement et la fusion de deux trous noirs supermassifs nichés au centre de galaxies. Et ce n’est pas tout. « Avec cet observatoire spatial, il est même possible qu’on puisse détecter des ondes gravitationnelles produites très peu de temps après le Big Bang, s’enthousiasme Pierre Binétruy, chercheur au laboratoire Astroparticule et cosmologie2 à Paris et responsable scientifique d’eLisa pour la France. On obtiendrait ainsi la photo de l’Univers la plus ancienne jamais réalisée. »

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