La science infuse

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Technologie et innovation

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5 février 2013

Quand les antennes-relais remplacent les pluviomètres

Les antennes du réseau de téléphonie mobile peuvent renseigner sur les précipitations traversées par les micro-ondes qu'elles relaient.

Le déclin nous guette dans tous les domaines. Dans un récent article, trois ingénieurs météorologues hollandais nous alertent en effet sur la disparition... des pluviomètres. Ainsi, la France ne comptait plus en 2012 que 3 516 postes pluviométriques (vous pouvez consulter leur répartition sur cette carte), soit 700 de moins qu'en 2001. À l'échelle globale, le Global Precipitation Climatology Centre (GPCC), piloté par le service météorologique allemand, a perdu la moitié de ces pluviomètres entre 1989 et 2006. Or ces données pluviométriques sont essentielles pour l'agriculture et la prédiction du climat. Comment pallier ce manque d'infrastructures pour mesurer les précipitations ? Si les radars prennent le relais, comme le réseau français ARAMIS qui couvre grâce à 24 radars météo 95 % du territoire métropolitain, ils représentent toutefois des investissements lourds. Les ingénieurs hollandais menés par Aart Overeem ont donc cherché à mesurer en temps réel les précipitations dans "l'autre pays du fromage" en exploitant d'autres infrastructures existantes : le réseau d'antennes-relais de la téléphonie mobile.

Comment les antennes peuvent-elles nous renseigner sur la pluie qui s'abat sur elles ? La présence de gouttes sur le trajet des ondes transmises entre deux antennes modifie le signal reçu en l'atténuant via deux phénomènes distincts : d'une part, l'absorption par l'eau d'une partie de l'énergie transmise par les ondes, de l'autre, la réflexion de l'onde sur les gouttes, qui va entraîner sa diffusion multiple et la détourner de son chemin initial. Ainsi, la présence de gouttes entre deux antennes va diminuer le signal reçu selon des équations bien calibrées par l'Union internationale des télécommunications en fonction de la fréquence utilisée. La déviation par rapport à un jour sec servant de référence permet ainsi de relier la perte de signal au niveau de précipitations.

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5 juin 2012

Un robot imite les acrobaties du gecko

Grâce à ses propriétés d'adhésion exceptionnelles, le gecko réalise des acrobaties qui inspire les physiciens.

"Ceux qui, sachant combien de divers automates, ou machines mouvantes, l'industrie des hommes peut faire, sans y employer que fort peu de pièces, à comparaison de la grande multitude des os, des muscles, des nerfs, des artères, des veines, et de toutes les autres parties qui sont dans le corps de chaque animal, considéreront ce corps comme une machine qui, ayant été faite des mains de Dieu, est incomparablement mieux ordonnée et a en soi des mouvements plus admirables qu'aucune de celles qui peuvent être inventées par les hommes."

Ainsi René Descartes formulait dans le Discours de la méthode ce qui sera ensuite connu sous le nom de théorie de l'animal-machine. Depuis le XVIIe siècle, les physiciens continuent d'être intrigués par la belle mécanique animale et tentent de savoir comment les gibbons se déplacent de branche en branche, quelle technique utilise le moustique pour voler par temps de pluie sans se faire emporter par les gouttes, ou encore si l'éléphant court ou marche très vite... À leur tour, des chercheurs de l'université de Californie à Berkeley (États-Unis) ont étudié une acrobatie étonnante effectuée par deux petits animaux : la blatte Periplaneta americana et le gecko Hemidactylus platyurus. Ces derniers, pour fuir leurs ennemis, poursuivent leur chemin au dos de la feuille sur laquelle ils courent, grâce à un rapide mouvement de balancier opéré en s'arrimant à l'extrémité de la feuille. Une habile manœuvre reproduite par un frêle robot à six pattes...

La blatte, qui court à une vitesse de l'ordre du mètre par seconde, parvient à s'agripper en fin de course au rebord du plan incliné disposé dans le laboratoire californien, et cela, sans freiner à l'approche du précipice : elle parvient à opérer une bascule à 360° en moins de 130 millisecondes, se retrouvant alors de l'autre côté du plan incliné où elle continue sa course. Pendant la rotation, le petit insecte (il pèse moins de un gramme) encaisse une accélération de près de 4 G, soit à peu près ce que subit un pilote de F1 dans un virage serré. Le gecko répète la même acrobatie en laboratoire mais aussi dans son milieu naturel, comme l'ont observé les chercheurs en expédition dans une réserve singapourienne. Le reptile, plus massif avec ses 5 grammes, met un peu plus longtemps à tourner (environ 160 ms), et subit une accélération plus proche de 3 G, ce qui reste néanmoins élevé. Comment s'opère ce revirement rapide ?

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20 octobre 2011

Un robot-cafard ailé

Le robot-cafard DASH+Wings : six pattes pour avancer, deux ailes pour passer le turbo.

Rencontre entre le monde biologique et l'univers des ingénieurs, le biomimétisme s'inspire des formes vivantes autour de nous pour résoudre des impasses technologiques. Ainsi, la robotique étudie la façon dont les animaux se déplacent pour développer de nouvelles machines : Big Dog, le robot quadrupède, une chenille qui fait la roue, des insectes-cyborg téléguidés... Le laboratoire de millisystèmes biomimétiques à l'université de Californie de Berkeley (États-Unis) a conçu en 2009 un petit robot à six pattes baptisé DASH (pour Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod) inspiré... du cafard - vous pouvez admirer ses prouesses en vidéo. Aujourd'hui doté d'ailes, ce robot trace un lien avec l'apparition des premiers oiseaux il y a 150 millions d'années.

Comment l'adjonction des ailes influe la locomotion du cafard mécanique ? Alors qu'il se déplace habituellement à une vitesse de 0,7 m/s, le robot avance plus vite lorsque ses ailes battent, doublant presque sa vitesse à 1,3 m/s ! Pour en savoir plus, les chercheurs ont équipé le robot d'un "sac à dos" chargé d'appareils électroniques, dont un accéléromètre qui mesure les forces qui s'exercent sur le robot pendant son déplacement. À partir de ces informations, ils déterminent que le centre de gravité du cafard oscille de haut en bas durant sa marche (comme chez l'homme). Lorsque les ailes battent, l'amplitude de ces oscillations diminue : moins d'énergie est consommée dans ce mouvement "inutile", permettant de la concentrer sur le mouvement vers l'avant, le seul pertinent pour la marche. En stabilisant le centre de gravité du robot, le battement des ailes lui permet d'avancer plus vite tout en consommant globalement autant d'énergie. Pour les mêmes raisons, le robot ailé parvient à grimper des pentes plus marquées en battant de ses propres ailes (17°, contre 6° sans ailes).

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4 septembre 2011

Les bits à la décharge

Attention, ça déborde ! Les déchets, ultime visage de notre modèle de consommation devenu délirant, menacent de nous ensevelir. Le dessin animé Wall-E, décrivant une planète Terre métamorphosée en gigantesque décharge, abandonnée par ses habitants, se révélerait-il prophétique ? De Naples recouverte périodiquement d’immondices à l'espace proche, empli de débris spatiaux, la situation semble souvent hors de contrôle. Le trop-plein de déchets guette également les disques durs de nos ordinateurs, selon une étude publiée par Ragib Hasan et Randal Burn, chercheurs à l'université Johns-Hopkins de Baltimore (États-Unis), qui proposent une stratégie pour désengorger nos ordinateurs des ordures digitales qui y pullulent.

L'analyse des données contenues dans un MacBook personnel indique qu'un fichier sur cinq n'a jamais été ouvert depuis sa dernière modification : ces données, qui ne sont pas utilisées par l'ordinateur, représentent 98,5% de la mémoire utilisée ! Autant de fichiers-déchets qui ne présentent pas d'utilité pour le fonctionnement des logiciels. Et bien que les capacités de mémoire augmentent de façon exponentielle avec le temps, les ressources de l'écosystème digital restent finies, comme le rappellent les deux chercheurs.

La gestion de cette masse d'ordure digitales consomme une part importante de ces ressources, leur stockage requérant de l'espace sur le disque et de l'électricité pour assurer son fonctionnement. La question de la facture énergétique du stockage des données numériques devient un sujet central de la nouvelle économie. Google a créé sa propre filiale, Google Energy, afin de produire elle-même les térawattheures qu'elle consomme pour réfrigérer ses serveurs, alors que l'Islande espère tirer profit de ses températures plus que clémentes pour refroidir à moindre frais les datacenters du monde entier.

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