New technologies: a novel realm of possibilities

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…

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).

Oeil d'une drosophile observé en microscopie électronique à balayage (MEB).

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…

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…

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…

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…

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…

Looking atthe living world, its shapes, materials and structures, can inspire the materials of tomorrow. Take this cuttlefish bone, whose unique features are revealed under the microscope. Its microstructure, arranged in layers, columns and undulations, gives it remarkable properties, such as a high degree of rigidity despite very low density – with porosity of around 93%. Rather than suddenly breaking when struck, cuttlefish bone, which is made up of the calcium carbonate mineral aragonite, is…

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…

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…

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…

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…

Utilisation de la modélisation moléculaire pour concevoir de nouvelles molécules à visée thérapeutique (Drug design).

Duplex DNA, 10 base pairs long, in its beta canonical form. Its structure was obtained by crystallographic analysis. (Protein Data Bank ID: 1ZFB).

Triplex DNA comprised of three strands, 7 nucleotides long. Its structure was obtained by NMR (nuclear magnetic resonance spectroscopy). (Protein Data Bank ID: 149D).

Three-way DNA junction. Composed of three strands, 10 nucleotides long. The structure was obtained by NMR (by nuclear magnetic resonance spectroscopy). (Protein Data Bank ID: 1EKW).

This image is crystal structure of the yeast ribosome.

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,…

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…

Reconstruction of the microcirculatory system in a sample measuring a few square millimetres from the cerebral cortex of a primate, using X-ray tomography (European Synchrotron Radiation Facility). This model was obtained by injecting a contrast product, barium sulphate, into the system. The top of the image corresponds to the surface of the brain, where we can see the dense, high-volume networks that characterise grey matter. White matter, on the other hand, can be identified by the finer…

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.

ImageJ=1.51n unit=micron

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 …

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…

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 :…

Foraminifera are single-celled marine organisms that have inhabited marine or brackish environments from the poles to the equator for more than 500 million years. When alive, they are remarkable bio- indicators of the state of our oceans since they are particularly sensitive to pollution. As fossils, their mineral shells enable palaeontologists to reconstruct past climates. Foraminifera make up one of the most abundant and diverse groups of fossils. This 2 mm-long alveolinid specimen was…

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…

The tongue is covered with taste buds that can perceive five tastes: sweet, salty, sour, bitter and umami. This organ remains poorly understood, both regarding its structure and the different cells that make it up. However, immunofluorescence provides a better view of it. The image shows the surface of an epithelium (a tissue that has a covering function) of a rodent’s tongue. The small spikes are filiform papillae (blue autofluorescence), which play a mechanical role in bringing food to the…

Bryozoans are reef-building multicellular organisms less than a millimetre in size that have calcium carbonate skeletons. These tiny animals, which live in colonies at all latitudes, play a major role in regulating the climate by storing the CO2 dissolved in seawater in their mineral structure. This is the tip of the skeleton of a colony of bryozoans of the species Cellaria fistulosa. Each organism lives in a sort of calcium carbonate chamber with openings, the main one of which enables the…

When muscle precursor cells fuse, they happen to form the swirling patterns shown here, unmistakably reminiscent of Van Gogh’s painting, The Starry Night. In these microscopic whorls, their cell nuclei can be seen in cyan, the actin cytoskeleton in blue, and, in yellow, a protein indicating the formation of new muscle fibres. The cells are grown on an ultra-nutritious medium – Matrigel – that serves as a support for them. Their behaviour is subsequently studied with the aim of developing…

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…

To invade other organs, tumour cells engage in a very sophisticated dialogue with the surrounding tissue and the extracellular matrix. In particular, they trigger the creation of new blood vessels (angiogenesis) to obtain food and proliferate. Here, it is precisely these reprogramming mechanisms that scientists are trying to identify using endothelial cells, which line the inside of vessels. In this complex microenvironment, their structure stands out, in grey, due to their actin cytoskeleton…

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…

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…

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…

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,…

Peau artificielle reproduisant les mécano-récepteurs tactiles de la peau humaine, responsables du toucher. Grâce à un réseau de neurones artificiel, tout contact avec ce bras robotique provoquera un mouvement à l’endroit où il a été touché.

Peau artificielle reproduisant, grâce à un réseau de neurones, les mécano-récepteurs tactiles de la peau humaine, responsables du toucher. Grâce à un réseau de neurones artificiels, tout contact avec ce bras robotique provoquera un mouvement à l’endroit où il a été touché.

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…

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…

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…

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.

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.

AntBot the first walking robot that moves without GPS.

AntBot the first walking robot that moves without GPS.

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…

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…

The Beerotor aerial robot, the first aircraft to operate without an accelerometer thanks to optical flow sensors. Inspired by the vision of insects, which analyse the movement of the surrounding landscape in order to fly, Beerotor has 24 photodiodes (or pixels) distributed over the top and bottom of its eye. These photodiodes enable it to measure optical flow, i.e. the movement of contrasts in the environment. This robot has also three feedback loops adjusting its altitude and speed and…

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 …

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 …

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…

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…

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…

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…

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…

Technique de réalité augmentée en imagerie médicale tridimensionnelle. Cette technique permet de visualiser et de mesurer de manière interactive des paramètres quantitatifs directement issus de l'image 3D. L'application concerne l'aide au diagnostic des pathologies vasculaires chez l'homme.

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.

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…

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…

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…

Grabbing a pen, hammering in a nail, inserting a credit card, screwing in a light bulb: the former high-level Paralympic athlete and pilot of the French Smart ArM team, Christophe Huchet, is here seen training for the Cybathlon 2020. These unconventional Olympic Games have been organised every four years since 2016 for disabled people equipped with active, robotic technologies. The athlete is fitted with an arm prosthesis specially designed for him, one of the few in the competition to have a…

Prototype d'orthèse d'électrostimulation pour la main. Cette orthèse est un nouveau projet sur lequel travaille l'équipe de Vance Bergeron au Laboratoire de Physique de l'ENS de Lyon. Il a pour objectif la réalisation d'un gant d'électrostimulation.