La science infuse

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16 février 2014

La science du lancer de fléchettes

Bien lancer la fléchette, et au bon moment : voici les deux clés pour atteindre le centre de la cible.

Vous êtes nuls aux fléchettes et ratez immanquablement le mille (voire la cible) ? Ne manquez pas la dernière étude menée par une équipe de l'université d'Osaka (Japon) qui a décortiqué les différentes stratégies gagnantes pour devenir un pro des darts (terme retenu par la fédération française de ce sport, qui ne devrait pas rejoindre l'élite des sports olympiques avant les JO de 2024). Les chercheurs japonais ont pour cela comparé les performances de huit experts et huit novices dans les conditions homologuées : une cible à 1,73 m du sol, distante de 2,44 m, avec en son centre une "bulle" (bull's eye en anglais) de 4,4 cm de diamètre. Quelle est la meilleure technique pour planter sa fléchette dans la bulle à tous les coups ?

Chaque participant - qui a lancé à 60 reprises sa fléchette - était équipé de plusieurs capteurs, au niveau de l'épaule, du coude, du poignet, des articulations métacarpo-phalangiennes (AMP) et de l'extrémité de son index : une caméra rapide filmant à 480 images par seconde permettait de suivre avec précision le mouvement du bras qui propulse la fléchette. À partir d'une équation modélisant la trajectoire de la fléchette une fois lancée, il est alors possible de prédire sa position finale sur la cible pour un lancer qui interviendrait à n'importe quel moment du mouvement de bras du lanceur. Ces extrapolations permettent notamment de déterminer le moment optimal pour le lancer, c'est-à-dire celui qui envoie la fléchette au centre exact de la bulle. Les chercheurs japonais ont ainsi calculé pour chaque lancer l'erreur temporelle (notée Et), égale au délai séparant le lancer réel du lancer optimal. Un autre paramètre important est la fenêtre temporelle, notée TSZ (Time in Success Zone), pendant laquelle un lancer permet au joueur d'atteindre la bulle. Cette fenêtre dépend du mouvement de la main imprimé par le lanceur : plus elle est importante, plus celui-ci peut être imprécis dans le moment de son lancer et compenser ainsi une grande erreur temporelle.

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16 octobre 2013

Le pull, plus écolo que le chauffage central ?

Contre le froid, on ne fait pas mieux que la veste en caribou, fabriquée par les Inuits.

L'homme est, comme beaucoup d'animaux, équipé d'un thermostat grâce auquel il maintient sa température corporelle constante, autour de 37°C (sauf en cas de maladie, qui emballe la machine thermique). Nous faisons ainsi partie des espèces homéothermes, qui se distinguent des organismes poïkilothermes dont la température interne fluctue avec celle de leur environnement. Pour maintenir cette homéostasie au coût énergétique conséquent, l'évolution a sélectionné différentes stratégies (nous avions par exemple parlé de l'éléphant qui se refroidit grâce à ses poils) ; Homo sapiens a lui choisi de se chauffer en modifiant directement son environnement. Cette attitude originale fait ainsi parler le physiologiste américain Clifford Prosser à notre propos d'animaux extra-régulateurs, notre régulation thermique reposant sur une modification de paramètres extérieurs. Des chercheurs de l'université d'État du Michigan (États-Unis) et de l'université McGill (Canada), interpellés par leur collègue James Umbanhowar, se sont posé une question de prime abord assez saugrenue : afin de garantir notre homéothermie, est-il plus rentable d'un point de vue énergétique de chauffer notre maison ou de se couvrir d'un gros pull ?

Dans une étude datant de 2005, le physiologiste Ken Nagy a montré qu'à corpulence équivalente, un animal homéotherme (qu'il s'agisse d'un mammifère ou d'un oiseau) consomme entre 12 et 20 fois plus d'énergie pour son métabolisme qu'un reptile à sang froid. De combien augmente la production de chaleur requise chez les hommes extra-régulateurs ? Pour répondre à cette question, les physiologistes ont étudié la relation entre chaleur produite (qui s'exprime en watts) et température de l'air. Ils ont alors obtenu une courbe dont l'allure est identique à celle observée chez les autres animaux homéothermes : en dehors d'une zone de confort où l'organisme ne fournit pas d'effort majeur pour maintenir une température constante, la production de chaleur augmente d'autant plus que la température extérieure est faible (il est aussi envisageable de devoir refroidir l'organisme en cas de fortes chaleurs). Cette relation linéaire aboutit à la mesure d'une conductance, définie comme la chaleur à fournir pour lutter contre une baisse de température d'un degré.

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15 septembre 2013

L'aérodynamique unique du serpent volant

Méfiez-vous de ces serpents, ils pourraient se retrouver rapidement à vos pieds (ou sur votre tête) après un vol plané.

Vous avez peur des serpents, perfides animaux qui se faufilent sans bruit dans l'herbe jusqu'à vos pieds ? Méfiez-vous, car la vraie menace pourrait bien venir du ciel : certaines espèces de serpents sont en effet capables de s'élancer du haut d'un arbre et de voler sur une centaine de mètres pour vous atterrir sur la tête ! Rassurez-vous toutefois, ces espèces ne vivent que dans les forêts tropicales du sous-continent indien et dans le Sud-Est asiatique, où elles ont développé ce mécanisme original de locomotion pour planer d'arbre en arbre sans passer par la case "plancher des vaches" (ou plutôt des rhinocéros). Des chercheurs de l'université de Boston et de Virginia Tech (États-Unis) ont joint leurs forces pour comprendre comment ces serpents, dont la forme cylindrique ne semble pas les destiner au vol, parviennent à planer sur de longues distances.

La nature offre d'autres exemples d'animaux planeurs : des lémuriens volants (Galeopterus variegatus), des écureuils (Pteromyinae) mais aussi des grenouilles (Rhacophorus nigropalmatus), des geckos (Ptychozoon kuhli) ou encore des lézards (Draco cornutus). Tous ces animaux peuvent planer grâce à des membranes de peau qu'ils tendent entre leurs membres ou leurs doigts, leur permettant d'augmenter leur surface plane et d'améliorer leur portance dans l'air. Or pour les serpents Chrysopelea paradisi et les espèces cousines, pas de membrane car... pas de membre. Les serpents ont donc développé une autre stratégie : d'une allure cylindrique, ils évoluent vers une forme plus mince en aplatissant leurs côtes, déplaçant leurs organes internes pour adopter un profil plus adapté au vol, rappelant celui d'un parachute (comme le détaille ce schéma).

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17 novembre 2012

Un "robiot" marche grâce à des cellules cardiaques

Le "robiot" possède un moteur biologique : un feuillet de cellules cardiaques qui, en se contractant, déforme les "jambes" et les met en mouvement.

Comment mettre en branle un objet inerte et recréer ainsi cette faculté naturelle des êtres vivants à se mouvoir ? Cette interrogation a mobilisé de nombreuses générations de chercheurs et d'ingénieurs, de Héron d'Alexandrie et son éolipyle au Ier siècle jusqu'au Belge Étienne Lenoir, père du moteur à explosion en 1860 en passant par Denis Papin, qui a inventé la machine à vapeur à la fin du XVIIIe. Aujourd'hui, l'équipe de "bio-ingénieurs" de Rashid Bashir, à l'université de l'Illinois à Champaign-Urbana (États-Unis), poursuit cette tradition, mais cette fois-ci sans essence ni vapeur. Ils ont donné naissance à une "machine biologique", baptisée "robiot" : ce marcheur, long de quelques millimètres, est propulsé par des cellules cardiaques vivantes et remuantes.

Ce "robiot" tire son énergie d'un feuillet de cellules musculaires cardiaques, les cardiomyocytes, capables de se contracter spontanément (observez l'étonnant mouvement de ces cellules dans une boîte de Petri ici). Comment mobiliser cette source d'énergie autonome, qui engendre un mouvement contractile, pour déplacer une machine ? Les chercheurs américains ont placé les cellules musculaires cardiaques sur une couche de polymère flexible, posée sur une base plus rigide. En faisant varier l'épaisseur de la couche de polymère, il est possible de modifier sa courbure pour que l'un des côtés (sa "jambe") s'approche de la surface sur laquelle le robiot est posé.

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