Dossier

Les nouvelles technologies : un nouveau champ des possibles

De la modélisation à la peau artificielle en passant par la culture cellulaire ou les robots, les nouvelles technologies offrent aux scientifiques de nouvelles opportunités. En biologie, elles révolutionnent la compréhension du vivant.

Œil d’une mouche drosophile observé en microscopie électronique à balayage (MEB).
Œil d’une mouche drosophile observé en microscopie électronique à balayage (MEB).

© Stephan BORENSZTAJN / CNRS Images

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Technologies et connaissance du monde sont étroitement liées. Sans microscope, Robert Hooke n’aurait pu découvrir l’existence des cellules. Et aujourd’hui encore, la microscopie reste un outil fondamental de la recherche en biologie. Son perfectionnement associé aux autres technologies permet d’observer le vivant, de l’échelle du cœur de la cellule (noyau, protéines) à celle de l’organe. Ainsi, l’observation des connexions neuronales en 3D du cerveau est rendue possible par une technique (tissue clearing) qui rend les tissus transparents.  

Cette synergie des technologies (imagerie, modélisation, intelligence artificielle) permet aux scientifiques de découvrir des processus biologiques jusque-là mal compris, voire inconnus, mais également de progresser en recherche thérapeutique. Depuis près de dix ans, les organoïdes, reproduction in vitro d’un organe miniature, ont fait leur entrée dans les laboratoires. Obtenus à partir de cellules souches, ils permettent notamment de comprendre le fonctionnement de ces organes ou de tester des médicaments. Ce champ thérapeutique mène également à la symbiose entre le vivant et l’artificiel : ainsi, la compréhension du contrôle neuronal permet désormais l’élaboration de prothèses artificielles toujours plus perfectionnées.

Découvrez en images toutes ces innovations technologiques développées en laboratoire.

Mots clés : innovation technologique, nouvelles technologies, imagerie scientifique, modélisation numérique, intelligence artificielle, robotique, ingénierie pour la biologie

20220149_0002
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Tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou (un groupe de cancers qui touche la sphère ORL), marqué en immunofluorescence, observé en microscopie confocale (x20). Il s'agit d'un organoïde, une structure multicellulaire qui reproduit un organe en trois dimensions en culture in vitro. Par rapport à une culture cellulaire classique, réalisée à plat et comprenant un seul type de cellule, les organoïdes miment plus efficacement le fonctionnement de l’organe répliqué et reproduisent…

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Tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou marqué en immunofluorescence
20090001_0939
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Cryomicroscopie électronique à transmission appliquée à l'étude des conformations de l'ADN. Ce type de microscopie permet de visualiser des objets biologiques en préservant leur conformation, leur environnement ionique et leurs interactions dans les conditions natives. L'étude porte sur la structure de l'ADN condensé in vitro (interactions ADN/polycations, ADN/proteines basiques...) et in vivo (bactériophages, chromosomes eucaryotes).

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Cryomicroscopie électronique à transmission appliquée à l'étude des conformations de l'ADN. Ce type
20210044_0007
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Trajectoires simulées des récepteurs membranaires dans une dendrite, le prolongement d'un neurone. Les récepteurs alternent entre des périodes de diffusion libre rapide dans la dendrite (traces rouges) et un mouvement confiné à l’intérieur des synapses qui sont les lieux de communication entre neurones (traces bleues). Cette image a été générée à l'aide de FluoSim, un logiciel créé au sein de l’équipe Molécules d’adhérence cellulaire dans l’assemblage synaptique de l’IINS. Il permet de simuler…

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Trajectoires simulées des récepteurs membranaires dans une dendrite
20220151_0001
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Cellules souches de glioblastome (une tumeur cérébrale) poussant dans un organoïde de cerveau analysé en immunofluorescence. Les organoïdes sont des structures multicellulaires reproduisant des organes en trois dimensions en culture in vitro. Celui-ci a été généré à partir de cellules souches pluripotentes (capable de se différencier en n’importe quel type de cellule). Par rapport à une culture cellulaire classique, réalisée à plat et comprenant un seul type de cellule, les organoïdes miment…

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20220151_0001
Cellules souches de glioblastome poussant dans un organoïde de cerveau
20220149_0012
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Tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou (un groupe de cancers qui touche la sphère ORL) vu en microscopie optique à contraste de phase (x4). Il s'agit d'un organoïde, une structure multicellulaire qui reproduit un organe en trois dimensions en culture in vitro. Par rapport à une culture cellulaire classique, réalisée à plat et comprenant un seul type de cellule, les organoïdes miment plus efficacement le fonctionnement de l’organe répliqué et reproduisent certaines de ses…

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Tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou, microscopie optique à contraste de phase
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Tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou (un groupe de cancers qui touche la sphère ORL) vu en microscopie optique à contraste de phase (x20). Il s'agit d'un organoïde, une structure multicellulaire qui reproduit un organe en trois dimensions en culture in vitro. Par rapport à une culture cellulaire classique, réalisée à plat et comprenant un seul type de cellule, les organoïdes miment plus efficacement le fonctionnement de l’organe répliqué et reproduisent certaines de ses…

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Tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou, microscopie optique à contraste de phase
20220149_0008
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Reconstruction 3D d'un tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou (un groupe de cancers qui touche la sphère ORL), marqué en immunofluorescence, observé en microscopie confocale (x20). Il s'agit d'un organoïde, une structure multicellulaire qui reproduit un organe en trois dimensions en culture in vitro. Par rapport à une culture cellulaire classique, réalisée à plat et comprenant un seul type de cellule, les organoïdes miment plus efficacement le fonctionnement de l’organe…

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Reconstruction 3D d'un tumoroïde de carcinome épidermoïde de la tête et du cou marqué en immunofluorescence
20220122_0001
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Lire dans le vivant, ses formes, ses matières ou ses structures pour imaginer les matériaux de demain. À l’image de cet os de seiche, dont l’architecture singulière se dévoile sous le microscope. Agencée tout en strates, en colonnes et en ondulations, sa microstructure lui confère des propriétés remarquables, alliant une rigidité importante malgré une densité très faible - près de 93 % de porosité. Constitué d’aragonite, un minéral de carbonate de calcium, l’os de seiche ne casse pas d’un coup…

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Bibliothèque biologique
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Développement d'un ganglion spinal de souris sur puce microfluidique. Les noyaux cellulaires des neurones qui le composent sont représentés en bleu et les neurofilaments en vert. Ce type de ganglion nerveux est situé à la racine du système nerveux périphérique et mesure environ 400 μm. Il s'agit ici d'un organoïde, une structure multicellulaire qui reproduit un organe en trois dimensions en culture in vitro, ce qui permet d’étudier sa structure et ses fonctionnalités. Les organoïdes sont formés…

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Développement d'un ganglion spinal de souris sur puce microfluidique
20170021_0002
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Modélisation de l’écoulement d’air et des tourbillons se formant autour d’une aile d'avion bio-inspirée pendant un vol. Les tourbillons génèrent une importante énergie vibratoire à l’origine des nuisances sonores au décollage et à l’atterrissage. Les chercheurs, en collaboration avec des ingénieurs d’Airbus, tentent, à travers une approche biomimétique, de s’inspirer des capacités des ailes de grands oiseaux à se déformer en temps réel. Ils ont utilisé pour leurs maquettes des matériaux…

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Modélisation de l’écoulement d’air et des tourbillons se formant autour d’une aile d'avion bio-inspirée pendant un vol
20210044_0002
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Reconstruction 3D du réseau de microtubule au sein d’une cellule fibroblaste étalées sur une lamelle acquise par microscopie de super-résolution par localisation de molécules individuelles. Cette technique de microscopie permet de dépasser la limite théorique de résolution dictée par la diffraction de la lumière et d’atteindre des résolutions nanométriques à l’échelle de la molécule individuelle. A titre de comparaison, à gauche est représenté l’image acquise en microscopie de fluorescence…

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Reconstruction 3D du réseau de microtubule au sein d’une cellule fibroblaste
20210044_0003
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Reconstruction 3D d’un cyste d’une centaine de micromètres de diamètre formé à partir de cellules souches cultivées dans une capsule d’alginate avec la technologie d’encapsulation développée par la start-up TreeFrog Therapeutics. Cette image a été acquise grâce à la technologie de microscopie de fluorescence à feuillet de lumière « soSPIM », développée au sein de l’équipe Imagerie Quantitative de la Cellule à l’IINS, en collaboration avec le Mechanobiology Institute à Singapour. Cette…

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Reconstruction 3D d’un cyste d’une centaine de micromètres de diamètre
20130001_2113
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Structure moléculaire du ribosome de la levure à l'échelle atomique. Il s'agit d'une usine cellulaire pour la synthèse des protéines. Cette structure a été obtenue par cristallographie par diffraction de rayons X, à une résolution de 3 Angström (unité de mesure correspondant à un dix milliardième de mètre). Elle présente de manière détaillée l'agencement complexe des molécules entre elles. En tout, 79 protéines et 5 600 nucléotides constituant le ribosome eucaryote ont pu être positionnés très…

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Structure moléculaire du ribosome de la levure à l'échelle atomique
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Portrait de Vincent Baylé, lauréat de la Médaille de Cristal 2020 du CNRS, ingénieur de recherche en microscopie et traitement d'images, spécialiste en microscopie et traitement d'images au sein de l'équipe Signalisation cellulaire et endocytose du laboratoire Reproduction et développement des plantes

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Médaille de Cristal 2020 : Vincent Baylé, ingénieur de recherche en microscopie et traitement d'images
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L'Institut européen de chimie et de biologie de Bordeaux et l'Institut national de la recherche agronomique (INRA) s'associent pour étudier, comprendre et prévenir le dépérissement de la vigne, grand fléau des vignerons. Pour tenter de comprendre le phénomène, les chercheurs utilisent un spectroscope RMN, afin d'identifier les molécules et polymères présents dans un échantillon de cep contaminé et de dresser une carte d'identité des molécules liées au dépérissement. En parallèle de l'analyse…

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Dépérissement de la vigne à la loupe atomique (Le)
20200005_0002
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Arbre de parenté représentant 29 populations humaines, modernes et éteintes, étudiées pour modéliser le crâne du dernier ancêtre commun possible aux membres de notre espèce "Homo sapiens". Cet arbre est essentiellement basé sur des données génétiques. A gauche, les premiers représentants du genre "Homo" (en vert) et les Néandertaliens (en bleu foncé). A droite, les populations modernes vivant dans différentes régions du monde, avec le crâne de leur ancêtre commun virtuel en rouge. En gris,…

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Arbre de parenté avec un fossile virtuel du dernier ancêtre commun possible à "Homo sapiens"
20190001_0004
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Rendu 3D virtuel de l’endocrâne (vue droite) de "Little Foot" (StW 573). Le scan du squelette exceptionnellement conservé de "Little Foot" a permis de modéliser virtuellement son endocrâne et de visualiser l’empreinte laissée par le cerveau. Les scientifiques ont ainsi pu reconstituer sa forme, sa taille et même les vaisseaux de surface. C’est une avancée scientifique majeure pour l’étude et la compréhension des caractéristiques des premiers cerveaux d’hominines. Découvert en 1994 grâce au…

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Rendu 3D virtuel de l’endocrâne de "Little Foot" (StW 573)
20170064_0001
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Reconstitution du réseau de microcirculation d’un échantillon de quelques millimètres cubes du cortex cérébral d’un primate, par tomographie à rayons X (European Synchrotron Radiation Facility). L’obtention de cette modélisation se fait après l’injection dans les réseaux d’un produit de contraste, le sulfate de baryum. Le haut de l’image correspond à la surface du cerveau où l’on observe des réseaux denses et volumineux qui caractérisent la matière grise. La matière blanche est au contraire…

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Reconstitution du réseau de microcirculation cérébrale d’un primate par tomographie à rayons X
20220013_0001
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Reconnaissance de l’ARN messager du virus SARS-CoV-2 (en bleu) par OAS1, une protéine du système immunitaire humain (en vert). OAS1 est l'une des enzymes clés déclenchant la réponse immunitaire innée lors de l'infection par SARS-CoV-2, et son activité a été mise en relation avec la sévérité de la Covid-19. La structure du complexe a été réalisée par modélisation et simulation moléculaire.

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OAS1 reconnaissant l'ARN messager du virus SARS-CoV-2
20180032_0011
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Projection en Z du système nerveux de l'estomac d’un embryon de poulet de 15 jours, observée en microscopie à feuille de lumière. Les marquages utilisés sont la Beta-Tubuline de classe III couplée à une Alexa Fluor 488. L’échantillon a été rendu transparent par la méthode iDISCO+, afin de pouvoir imager l’échantillon entier en 3D, sans devoir effectuer de coupes. La transparisation (ou clarification) permet ici de révéler les plexus neuronaux même en profondeur. Cette image a été soumise à l…

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Système nerveux de l'estomac d’un embryon de poulet
20180032_0010
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Projection en Z d’un muscle soléaire (à l'arrière de la patte) entier de souris adulte, observé en microscopie confocale-multifocale (spinning disk). L'actine est marquée avec Alexa 568. L’échantillon a été rendu transparent par la méthode iDISCO+. La transparisation du tissu, ou clarification, permet de visualiser les fibres musculaires de l’organe entier en 3D, afin d’étudier la régénération des muscles. Cette image a été soumise à l’édition 2017 du concours d’images de France-Bioimaging …

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20180032_0010
Projection en Z d’un muscle soléaire entier de souris adulte
20190063_0008
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Voici une colonie de cellules de rein, cantonnée à une surface parfaitement définie de 365 micromètres. Elle est observée en microscopie confocale à fluorescence couplée à un marquage des cellules par immunofluorescence. En cyan, le noyau cellulaire, en jaune-orangé, le pourtour des cellules. À l’image des bulles formant une mousse de savon, ces cellules épithéliales ont la particularité d’être solidement assemblées entre elles, formant une barrière de protection entre l’intérieur et l…

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20190063_0008
Collées - serrées
20200089_0003
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Utilisation uniquement dans le cadre du concours LPPI

Ce plancton géant des eaux froides du Pacifique, mesurant 2,6 millimètres, est un "Coelodendrum furcatissimum" de la famille des Phaeodaires (Rhizaires). Il vit à 450 mètres de profondeur, là où plus aucune lumière ne pénètre. Cet organisme marin est doté, comme ses cousins les radiolaires, d’un squelette fait de silice biogène entourant de toutes parts sa cellule unique. Ce squelette creux fait de lui un vecteur important pour la séquestration du carbone et de la silice dans l'océan profond :…

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Géant des mers
20210137_0015
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Les foraminifères, des organismes marins unicellulaires, peuplent depuis plus de 500 millions d’années les milieux marins ou saumâtres, des pôles à l’équateur. Vivants, ce sont de remarquables bio-indicateurs de l’état de nos océans car ils sont particulièrement sensibles à la pollution. À l’état fossile, ils permettent aux paléontologues de reconstituer les climats passés grâce à leur coquille minéralisée. C’est l’un des groupes de fossiles les plus abondants et diversifiés. Récolté dans le…

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20210137_0015
Labyrinthe unicellulaire
20190063_0004
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Soldats de l’immunité adaptative, les globules blancs forment une ligne de défense cruciale de notre organisme. Ici, à gauche, l’un de ces patrouilleurs, un lymphocyte T auxiliaire de 10 µm, est en pleine reconnaissance d’un intrus : à l’aide de sa trompe, il tâtonne la surface d’une microbille (5 µm) de plastique recouverte d’anticorps. Dans notre organisme, en guise de billes et d’anticorps, ce sont d’autres types de globules blancs qui éclairent les lymphocytes T en leur présentant des…

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Gardes du corps aux aguets
20210137_0008
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Sucré, salé, acide, amer et umami : notre langue peut percevoir cinq saveurs grâce aux papilles gustatives qui la recouvrent. Cet organe reste pourtant méconnu, tant dans sa structure que pour les différentes cellules qui la composent. Il est cependant possible de mieux la visualiser par immunofluorescence. Nous sommes ici à la surface d’un épithélium (un tissu à fonction de revêtement) de langue murine. Les petits picots sont des papilles filiformes (autofluorescence bleue) qui ont un rôle…

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Tongue galaxie
20210137_0003
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Bâtisseurs de récifs, les bryozoaires à squelette carbonaté sont d’inframillimétriques organismes pluricellulaires. Ces petits animaux, qui vivent en colonie à toutes les latitudes, jouent un rôle majeur dans la régulation du climat en stockant le CO2 dissout dans l’eau de mer dans leur structure minérale. Nous sommes ici à la pointe du squelette d’une colonie de bryozoaires de l’espèce "Cellaria fistulosa". Chaque organisme vit ici dans une sorte de boîte en carbonate de calcium présentant des…

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Le cri
20210137_0012
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Lorsque des cellules précurseurs du muscle fusionnent, elles ont la particularité de former ces structures nébuleuses, évoquant sans conteste La Nuit étoilée du peintre Van Gogh. Dans ces tourbillons microscopiques, on discerne leurs noyaux cellulaires en cyan, le cytosquelette d’actine en bleu, et, en jaune, une protéine témoignant de la formation de nouvelles fibres musculaires. Ces cellules sont cultivées sur un élément ultra nutritif - le matrigel - qui va leur servir de support afin d…

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Van Gogh cellulaire
20190063_0001
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Voici l’une des toutes premières images d’un œil de souris et de ses vaisseaux dans leur organisation naturelle. Cette prouesse est rendue possible grâce à une nouvelle application d’une technique d’imagerie : la transparisation. Une série de solvants organiques a été utilisée pour rendre l’œil transparent. Ici, seuls sont visibles les vaisseaux sanguins, marqués par immunofluorescence et apparaissant en violet ; en blanc, on aperçoit le cristallin. Ces petits vaisseaux violets, dit hyaloïdiens…

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20190063_0001
Vision du globe
20210137_0016
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Pour envahir d’autres organes, les cellules tumorales entament un dialogue très habile avec le tissu environnant et la matrice extracellulaire. Elles vont notamment déclencher la création de nouveaux vaisseaux sanguins (angiogenèse) pour se nourrir et proliférer. Ce sont justement ces mécanismes de reprogrammation que l’on cherche à identifier, ici, à partir de cellules endothéliales - tapissant l’intérieur des vaisseaux. Dans ce microenvironnement complexe, leur architecture se distingue, en…

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20210137_0016
Will you be my valentine ?
20220028_0002
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Observation du comportement de navigation d'une fourmi "Cataglyphis velox", se déplaçant sur une boule flottant sur un coussin d’air, tel un tapis roulant omni-directionel. Son comportement est étudié par Antoine Wystrach, chercheur en neuroéthologie au Centre de recherches sur la cognition animale (CRCA). Les comportements de navigation visuelle des fourmis sont des exemples remarquables de la capacité des mini-cerveaux à produire des comportements sophistiqués, dans des environnements…

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Observation du comportement de navigation d'une fourmi "Cataglyphis velox"
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Open media modal

Étude de la navigation visuelle d'une fourmi par Antoine Wystrach, chercheur en neuroéthologie au Centre de recherches sur la cognition animale (CRCA). Le dispositif en arrière-plan permet à une fourmi de naviguer dans des mondes reconstruits en réalité virtuelle. Les mouvements de l’insecte sont retransmis en direct à un ordinateur qui permet en retour de contrôler l’image du monde perçue par la fourmi. Les comportements de navigation visuelle des fourmis sont des exemples remarquables de la…

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Étude de la navigation visuelle d'une fourmi par Antoine Wystrach
20220028_0005
Open media modal

Reconstruction en réalité virtuelle d'un environnement de fourmi. Il s'agit d'un monde projeté par des vidéoprojecteurs sur une surface sphérique. Cet outil est utilisé par Antoine Wystrach, chercheur en neuroéthologie. Il est spécialisé dans le comportement des insectes au Centre de recherches sur la cognition animale (CRCA) où il étudie la navigation des fourmis en combinant des expériences comportementales, sur le terrain et en laboratoire, avec l'utilisation d'outils tels que la réalité…

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20220028_0005
Reconstruction en réalité virtuelle d'un environnement de fourmi
20200084_0049
Open media modal

Robot Two!Ears surmonté d’un mannequin anthropomorphe pour simulation acoustique KEMAR. Two!Ears est un robot mobile capable de réaliser la localisation binaurale (sur la base de deux oreilles) horizontale de sources sonores. Il a été développé par le LAAS-CNRS dans le cadre du projet européen de psychoacoustique du même nom, dont l’objectif est de caractériser la perception humaine dans sa dimension active, exploratoire. Two!Ears se déplace et bouge la tête afin de repérer une source sonore,…

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Two!Ears, robot capable de réaliser la localisation binaurale active de sources sonores
20200076_0012
Open media modal

Des scientifiques du Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA) ont développé des Microrobots dont l'algorithme a été inspiré par les comportements sociaux de certains animaux ou insectes. Ce robot de la taille d'un dé à jouer est capable de trouver le chemin le plus court dans un labyrinthe grâce à la force du collectif. Pour s'orienter, il utilise des traces lumineuses laissées par d’autres robots identiques. Les traces lumineuses sont projetées grâce à un vidéoprojecteur sur l…

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20200076_0012
Microrobots Cuboïds développés par le Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA)
20200076_0017
Open media modal

Des scientifiques du Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA) ont développé des Microrobots dont l'algorithme a été inspiré par les comportements sociaux de certains animaux ou insectes. Ce robot de la taille d'un dé à jouer est capable de trouver le chemin le plus court dans un labyrinthe grâce à la force du collectif. Pour s'orienter, il utilise des traces lumineuses laissées par d’autres robots identiques. Les traces lumineuses sont projetées grâce à un vidéoprojecteur sur l…

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20200076_0017
Microrobots Cuboïds développés par le Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA)
20200076_0010
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Des scientifiques du Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA) ont développé des Microrobots dont l'algorithme a été inspiré par les comportements sociaux de certains animaux ou insectes. Ce robot de la taille d'un dé à jouer est capable de trouver le chemin le plus court dans un labyrinthe grâce à la force du collectif. Pour s'orienter, il utilise des traces lumineuses laissées par d’autres robots identiques. Les traces lumineuses sont projetées grâce à un vidéoprojecteur sur l…

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Microrobots Cuboïds développés par le Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA)
20160097_0117
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Robot souple et bio-inspiré basé sur la tenségrité pour modéliser la colonne vertébrale humaine ou la structure d'un serpent. Le contrôle de ce robot requiert la compréhension du contrôle neuronal au niveau de la moelle épinière pour la réalisation de synergies motrices par les générateurs rythmiques (central pattern generators). Ce projet est financé par la chaire d'excellence UCP-CNRS - Robotex.

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Robot souple et bio-inspiré pour modéliser la colonne vertébrale humaine
20160097_0098
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Robot à commande hydraulique Tino, utilisé pour l'étude des interactions physiques et sociales et la modélisation du contrôle sensori-moteur d'un robot humanoïde. Il possède 21 articulations et 9 possibilités d'expression, dont la joie et la tristesse. Il est programmé pour apprendre à la manière d'un enfant, en associant sa vision et son mouvement, son état interne avec ce qu'il voit. Ce projet robotique est financé par Robotex, ANR Interact et Dirac, SESAME Île de France.

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Robot à commande hydraulique Tino
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L'équipe de bioroboticiens de l'ISM de Marseille imite la nature pour créer des robots plus performants. C'est en s'inspirant de la fourmi Cataglyphis, dite fourmi du désert, qu'elle a mis au point AntBot un robot capable de se déplacer sans GPS. Cette prouesse est possible en reproduisant les trois modalités sensorielles de la fourmi pour s'orienter dans l'espace : la polarisation de la lumière du soleil, la perception du défilement du paysage et le comptage de leurs pas. …

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AntBot : le robot fourmi
20190012_0002
Open media modal

AntBot premier robot à pattes capable de se déplacer sans GPS. S’inspirant de la fourmi du désert, il peut explorer son environnement de manière aléatoire et rentrer à la maison automatiquement, sans GPS, ni cartographie. En effet, il possède une boussole céleste sensible à la lumière polarisée du ciel. Ces travaux permettent d’imaginer de nouvelles stratégies de navigation pour le véhicule autonome et la robotique de demain.

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20190012_0002
AntBot premier robot à pattes capable de se déplacer sans GPS
20190012_0001
Open media modal

AntBot premier robot à pattes capable de se déplacer sans GPS. S’inspirant de la fourmi du désert, il peut explorer son environnement de manière aléatoire et rentrer à la maison automatiquement, sans GPS, ni cartographie. En effet, il possède une boussole céleste sensible à la lumière polarisée du ciel. Ces travaux permettent d’imaginer de nouvelles stratégies de navigation pour le véhicule autonome et la robotique de demain.

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20190012_0001
AntBot premier robot à pattes capable de se déplacer sans GPS
20200042_0007
Open media modal

Communication entre une moule artificielle et un poisson-robot par le sens électrique. Ils appartiennent à une flotte créée pour observer la lagune de Venise, un milieu écologique extrêmement fragile, très sensible à l’activité humaine et aux changements climatiques. Fruits de la biorobotique, ces dispositifs sont inspirés de la nature. Ils sont capables d’évoluer en autonomie et d’interagir entre eux grâce à une technologie inspirée du sens électrique de certains poissons, qui produisent et…

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20200042_0007
Communication entre des robots par le sens électrique
20200042_0011
Open media modal

Moules artificielles et un poisson-robot, avant un test en bassin. Ils appartiennent à une flotte créée pour observer la lagune de Venise, un milieu écologique extrêmement fragile, très sensible à l’activité humaine et aux changements climatiques. Fruits de la biorobotique, ces dispositifs sont inspirés de la nature. Ils sont capables d’évoluer en autonomie et d’interagir entre eux grâce à une technologie inspirée du sens électrique de certains poissons, qui produisent et analysent un champ…

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Moules artificielles et un poisson-robot, avant un test en bassin
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Le papillon morpho est en passe de devenir un acteur important de la transition énergétique grâce à l'étonnante structure de ses ailes qui inspire les physiciens tel Serge Berthier, professeur à l'Institut des nanosciences de Paris. Lorsque la température s'élève au-dessus de 40°C, les ailes irradient des infrarouges, ce qui permet de faire baisser la température... et accessoirement de donner au papillon cette magnifique couleur bleue. Un phénomène, étudié en photonique, qui…

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Un papillon solaire
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Dans la recherche sur les maladies cardiovasculaires, le physico-chimiste Cédric Chauvierre (Inserm) s'inspire de la longue molécule de polysaccharide qui donne à l'algue marine toute sa souplesse et sa solidité pour remplacer des artères défectueuses. Ces vaisseaux artificiels doivent résister à des variations de pression importantes et être biocompatibles. Plusieurs essais sur un modèle animal s'avèrent concluants. Les cellules du rat recolonisent même ce matériau poreux qu'elles…

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Des vaisseaux marins
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Robot aérien Beerotor, premier aéronef fonctionnant sans accéléromètre grâce à des capteurs de flux optiques. Inspiré de la vision des insectes qui pour voler analysent le défilement du paysage environnant, Beerotor est doté de 24 photodiodes (ou pixels) reparties sur le bas et sur le haut de son œil. Ces photodiodes lui permettent de mesurer le flux optique, c'est-à-dire le mouvement des contrastes de l'environnement. Ce robot dispose également de trois boucles de rétroaction modulant son…

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Robot aérien Beerotor doté de capteurs de flux optiques
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Psikharpax, robot-prototype long de 50 cm ayant une morphologie, un équipement sensorimoteur et une architecture de contrôle inspirés de l'anatomie et des circuits nerveux du rat. Il dispose de plusieurs modalités sensorielles, dont la vision (deux yeux mobiles), l'audition (deux pavillons mobiles), le toucher (33 paires de moustaches appelées vibrisses) et un système vestibulaire (capteurs inertiels) le renseignant sur les mouvements de sa tête. Le projet Psikharpax est à la fois fondamental …

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Psikharpax, robot-prototype long de 50 cm ayant une morphologie, un équipement sensorimoteur et une
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Psikharpax, robot-prototype long de 50 cm ayant une morphologie, un équipement sensorimoteur et une architecture de contrôle inspirés de l'anatomie et des circuits nerveux du rat. Il peut apprendre à distinguer de façon autonome la texture des différentes parois d'un labyrinthe avec ses vibrisses. Avec ce même sens tactile, il apprend également à reconnaître la forme de certains objets. Certains calculs bas niveaux (perception, moteurs), sont effectués par un ordinateur embarqué, d'autres …

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Psikharpax, robot-prototype long de 50 cm ayant une morphologie, un équipement sensorimoteur et une
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Etude du mouvement d’interception d'un ballon par un gardien de but de handball. Le participant est en immersion en trois dimensions dans un environnement dynamique, dans un centre de réalité virtuelle. Il porte des lunettes équipées de 6 marqueurs infrarouges permettant d'adapter en temps réel la projection des images en fonction de son point de vue. L'objectif est d'étudier le comportement de cet individu en situation immersive, c'est-à-dire dans un état psychologique où il est absorbé par l…

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Etude du mouvement d’interception d’un ballon en situation immersive
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Visualisation, en temps réel, des mesures prises sur un cycliste dans le cadre d'une étude biomécanique de son mouvement. A gauche, la description cinématique du mouvement (le patron). Les points correspondent aux marqueurs réfléchissants placés sur les articulations du cycliste. Des caméras captent le rayonnement qu'ils leur renvoient, et suivent ainsi la trajectoire des marqueurs. A droite, les données de vitesse de pédalage (créneaux verts) et les données d'activation musculaire issues de…

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Etude biomécanique du mouvement d’un cycliste
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Cycliste sur un vélo d'entraînement dans le cadre d'une étude biomécanique de son mouvement. Il a été équipé de capteurs électromyographiques et de marqueurs réfléchissants. Les premiers enregistrent l’activité neuromusculaire (les contractions musculaires causées par les commandes électriques du système nerveux central), afin de comprendre la coordination musculaire nécessaire au mouvement, orchestrée par le névraxe. Les marqueurs sont utilisés pour la capture optique du mouvement (motion…

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Etude biomécanique du mouvement d’un cycliste
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Gardien de but de football en immersion en trois dimensions dans un environnement dynamique, dans un centre de réalité virtuelle. Il porte des lunettes équipées de 6 marqueurs infrarouges permettant d'adapter en temps réel la projection des images en fonction de son point de vue. L'objectif est d'étudier le comportement de cet individu en situation immersive, c'est-à-dire dans un état psychologique où il est absorbé par l'environnement virtuel, par l'expérience qu'il y vit. Les scientifiques s…

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Etude du mouvement d’interception d’un ballon en situation immersive
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Gardien de but de handball en immersion en trois dimensions dans un environnement dynamique, dans un centre de réalité virtuelle. Il porte des lunettes équipées de 6 marqueurs infrarouges permettant d'adapter en temps réel la projection des images en fonction de son point de vue. L'objectif est d'étudier le comportement de cet individu en situation immersive, c'est-à-dire dans un état psychologique où il est absorbé par l'environnement virtuel, par l'expérience qu'il y vit. Les scientifiques s…

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Etude du mouvement d’interception d’un ballon en situation immersive
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Immersion en 3 dimensions dans un environnement dynamique, dans un centre de réalité virtuelle. Les lunettes sont équipées de 6 marqueurs infrarouges permettant d'adapter en temps réel la projection des images en fonction du point de vue du sujet. L'objectif est d'étudier le comportement d'un cycliste en milieu immersif.

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Immersion en 3 dimensions dans un environnement dynamique, dans un centre de réalité virtuelle. Les
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Simulation de conduite dans le système de réalité virtuelle CAVE. Placé dans une reproduction du poste de conduite, l'expérimentateur qui porte des lunettes stéréoscopiques équipées d’headtracking est face à un environnement routier en 3D provenant du logiciel Scanner Studio. Le scénario de conduite est généré dans le même logiciel. La plateforme CAVE présente quatre faces (trois latérales et une au sol) et quatre projecteurs. Composée de 10 caméras infrarouges Optitrack de suivi de mouvement…

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Simulation de conduite dans le système de réalité virtuelle CAVE
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Validation expérimentale d’une loi de commande dite CCC (Compensation Cancellation Control) pour le pilotage d'une prothèse robotique de poignet avec une personne non amputée équipée à l'aide d'une orthèse, réalisant une épreuve du Cybathlon. Cette compétition destinée aux athlètes handicapés autorise l’utilisation de technologies d’assistance bionique. La prothèse n'est ici pas directement pilotée par le sujet mais cherche de façon autonome à annuler les mouvements de compensation du sujet…

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Validation d’une loi de commande CCC pour le pilotage d'une prothèse robotique
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Validation expérimentale d’une loi de commande dite CCC (Compensation Cancellation Control) pour le pilotage d'une prothèse robotique de poignet avec une personne non amputée équipée à l'aide d'une orthèse, réalisant une épreuve du Cybathlon. Cette compétition destinée aux athlètes handicapés autorise l’utilisation de technologies d’assistance bionique. La prothèse n'est ici pas directement pilotée par le sujet mais cherche de façon autonome à annuler les mouvements de compensation du sujet…

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Validation d’une loi de commande CCC pour le pilotage d'une prothèse robotique
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Utilisation interne/pas d'usage commercial

Saisir un stylo, enfoncer un clou, insérer une carte de crédit, visser une ampoule… Ancien sportif paralympique de haut niveau et pilote de l’équipe française Smart ArM, Christophe Huchet s’entraîne ici pour le Cybathlon 2020. Ces Jeux Olympiques hors normes sont organisés depuis 2016, tous les 4 ans, pour les personnes en situation de handicap équipées de technologies actives et robotiques. L’athlète est équipé d’une prothèse de bras, spécialement conçue pour lui, qui est l’une des seules de…

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Une prothèse plus intuitive
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Contrôler une prothèse robotisée reste une tâche laborieuse qui nécessite des mois d'apprentissage pour de nombreuses personnes amputées. En France, une équipe de chercheurs, d'ingénieurs et de médecins développe une nouvelle méthode plus naturelle, en mobilisant le «membre fantôme». Leurs travaux prometteurs font l'objet d'une publication le 29 novembre 2018 dans la revue «Frontiers in Bioengineering and Biotechnology-Bionics and Biomimetics».

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Membre fantôme, pilote de prothèse (Le)
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Portrait de Nathanaël Jarrassé, lauréat de la médaille de Bronze 2020 du CNRS, chercheur en robotique au sein de l'équipe AGATHE de l'Institut des systèmes intelligents et de robotique, spécialisé dans l'interaction physique Humain-Robot pour des applications de rééducation et d'assistance.

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Médaille de Bronze 2020 : Nathanaël Jarrassé, chercheur en robotique

CNRS Images,

Nous mettons en images les recherches scientifiques pour contribuer à une meilleure compréhension du monde, éveiller la curiosité et susciter l'émerveillement de tous.