LA  THÉORIE  DE  L'INVISIBILITÉ

Des chercheurs allemands ont réussi à faire disparaître l'ombre projetée par un objet.

DIFFUS. Tout doucement, la quête de l'invisibilité se poursuit dans les laboratoires. Les chercheurs de l'institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, viennent de marquer ce chemin d'un nouveau jalon.

Un dispositif de laboratoire

Leur équipe est parvenue à faire disparaître un objet grâce à un dispositif de laboratoire. Ils ont rempli un aquarium très étroit, aux vitres de plexiglas. À l'intérieur, un liquide blanc semi-transparent (mais en jaune sur le schéma ci-dessous). La lumière d'un projecteur, placé derrière l'aquarium, filtre de manière diffuse à travers ce liquide laiteux comme le font le faisceau des phares d'une voiture dans le brouillard.

Mais lorsque le cylindre est recouvert d'un revêtement fait d'un silicone transparent et contenant des microparticules d'un composé chimique appelé mélamine, les chercheurs ont constaté que la lumière circulait alors plus rapidement autour du cylindre, ce qui provoquait la disparition de l'ombre qu'il projette. Autrement dit, le cylindre devient alors invisible pour l'expérimentateur.

Le dispositif expérimental de l'institut de technologie de Karlsruhe. Les rayons lumineux rebondissent dans toutes les directions sur les particules que contient le liquide laiteux (cf loupe) avant de sortir du réservoir. Un cylindre blanc (à gauche) laisse une ombre sur la paroi dans ce dispositif. En revanche, s'il est recouvert d'un matériau qui accélère le passage de la lumière autour de lui, cette ombre disparaît (cylindre de droite). Crédit : R. Schittny / KIT.

La théorie de l'invisibilité

Les chercheurs sont donc bien parvenus à courber les rayons lumineux. Ce qui constitue la base du principe de l'invisibilité. En effet, si vous placez un objet (disons une tasse à café) devant votre regard, celle-ci, très logiquement, vous bouche alors la vue. En effet, une partie de rayons lumineux sont bloqués par la tasse avant d'atteindre votre rétine.

CONTOURNER. Mais si ces rayons lumineux parvenaient à contourner la tasse au lieu de venir rebondir sur elle, puis à poursuivre leur chemin en ligne droite vers votre œil, alors, vous pourriez percevoir le décor qui se trouve derrière. Et la tasse deviendrait alors invisible.

Ce procédé de déviation des ondes lumineuses, de nombreuses équipes de chercheurs à travers le monde cherchent à le mettre au point.

Une série d'expériences de plus en plus complexes

En 2006, des chercheurs américains de l'université Duke, en Caroline du nord, sont ainsi parvenus à faire "couler" des ondes lumineuses autour d'un anneau en cuivre.

Mais le procédé ne fonctionne qu'avec des micro-ondes. Et si l'observateur se déplace même de manière infime, l'anneau invisible réapparait aussitôt à sa vue.

L'année suivante, une équipe mixte de l'université d'État de l'Iowa et de l''université de Karlsruhe en Allemagne parvient à une performance similaire dans le spectre visible cette fois : avec lumière dont la longueur d'onde correspond au rouge. Mais là encore, l'observateur ne doit pas bouger d'un iota.

Des métamatériaux pour dompter la lumière

En 2010, cette même équipe allemande alliée aux chercheurs de l'Imperial College de Londres fait cette fois un pas de géant. Ils parviennent à rendre invisibles des objets quelle que soit la position de l'observateur dans des longueur d'onde allant de 1,5 à 2,6 micromètres. Et ce grâce à des "métamatériaux" fabriqués sur mesure, aux propriétés optiques très complexes.

CAPE. Cette nouvelle expérience de l'institut de technologie de Karlsruhe qui fonctionne dans le spectre visible et quelle que soit la position de l'observateur est, finalement, un pas de plus vers la mise au point d'une véritable cape d'invisibilité...

 
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CONTRÔLER  LA  LUMIÈRE  POUR  DEVENIR  INVISIBLE

Comment rendre un objet invisible? En évitant que la lumière viennent frapper sa surface grâce à une sorte de bouclier ou de cape ayant un ‘’trou noir’’ en son centre, expliquent plusieurs physiciens. L’équipe de John Pendry (Imperial College London, GB) d’un côté, Ulf Leonhardt (University of St Andrews, Ecosse) de l’autre, ont calculé les propriétés du matériau nécessaire pour faire tourner les rayons lumineux autour de cette zone centrale*.

Cela revient à faire ‘’couler’’ les ondes électromagnétiques comme l’eau autour d’un galet, expliquent John Pendry et ses collègues de la Duke University (USA). La lumière doit contourner une zone et repartir de l’autre côté sans montrer aucune perturbation. Pour cela les chercheurs comptent sur la mise au point de ‘’méta-matériaux’’, des structures artificielles qui permettent de contrôler la propagation de la lumière ou d’autres ondes. Un concept qui a déjà fait l’objet de calculs théoriques (lire ci-contre «La difficile quête de l’invisible»). Reste à le concevoir.

Les chercheurs de la Duke University y travaillent. Ils sont en partie financés par le DARPA, l’agence du Pentagone, forcément intéressé par la possibilité de soustraire un objet à certaines ondes. A moyen terme, d’ici 2 à 5 ans, des ‘’boucliers d’invisibilité’’ pour les ondes radios pourraient fonctionner. Pour les ondes lumineuses, c’est une autre histoire.

Pour l’instant, ce système théorique n’est valable que pour certaines longueurs d’ondes. De plus, la taille du dispositif doit être adaptée à celle des ondes. Pour la lumière visible cela signifie qu’il faudrait mettre au point des méta-matériaux à l’échelle nanoscopique.

Cécile Dumas
(29/05/06)

*Articles publiés cette semaine dans ScienceXpress.

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Cubesat : des satellites à la portée des étudiants

Ces minuscules dispositifs de 10 cm de côté sont un support de travail idéal pour les ingénieurs en herbe qui peuvent ensuite les exploiter après qu'ils ont été lancés dans l'espace.

PÉDAGOGIQUES. En décembre 2015, un satellite français devrait décoller à bord d'un lanceur Falcon 9 de la société privée américaine SpaceX. Un satellite un peu particulier puisque ce dernier ne sera qu'un des nombreux passagers lors de ce lancement. Et pour cause "Robusta-1B" (c'est son nom) est si petit qu'il tient dans la paume de la main. Il fait en effet partie de la catégorie des "cubesat". De petits objets cubiques de 10 cm d'arête et pesant à peine plus d'un kilo.
Robusta-1B n'est pas le premier de son espèce, loin de là. Leurs spécifications techniques ont été définies en 1999 par deux professeurs d'universités aux États-Unis, désireux d'initier leurs étudiants à la conception, la fabrication, l'assemblage, le lancement et l'exploitation de satellites, à la manière d'une agence spatiale. Rapidement, leur idée s'est répandue comme une trainée de poudre. Et pour cause, relativement simple à construire, rapide à assembler, et passionnants à concevoir, ces petits cubes high-tech permettent aux étudiants d'aborder toutes les thématiques liées au domaine spatial, depuis la gestion d'une orbite aux télécommunications, en passant par la collecte et le traitement de données.

Simples, performants, et beaucoup moins chers
Certes, les cubesat ne sont pas aussi performant que leurs massifs homologues. Ils n'embarquent qu'une batterie minuscule qui ne leur fournit pas pour l'instant la puissance nécessaire pour relayer des flux vidéos. De même, leur compacité s'accommode mal avec des applications d'imagerie tels que des télescopes, qui nécessitent des optiques de grande longueur. Néanmoins, ils peuvent rendre une somme incalculable de services : cartographie sommaire, détecteurs de particules, magnétomètres, relais de communication, etc. Ils peuvent demeurer 1 à 2 ans sur leur orbite basse avant de retomber et de se désintégrer dans l'atmosphère, ce qui simplifie grandement les problématiques liées à la gestion des déchets spatiaux.

TARIF. Et surtout, ils ne coûtent qu'une fraction du prix d'un satellite "classique". Car ces cubesats sont souvent lancés par grappe d'une dizaine voire d'une trentaine et partagent parfois le lanceur avec de gros satellites commerciaux dont les opérateurs financent la plus grande part du lancement. "Mettre 1 kilo dans l'espace dans ces conditions coûte environ 30.000 euros" estime Frédéric Saigné, professeur à l'Institut d'Électronique de Montpellier (IES) et directeur de la Fondation Van Allen qui se charge de collecter les fonds pour financer ce type de projet ainsi que des bourses d'étudiants (la Région Languedoc-Roussillon finance grandement l’ensemble du projet et notamment le premier Centre spatial Universitaire français).

Des expériences universitaires dans le vide spatial
Le tout premier de ces mini satellites cubiques était américain. Il a décollé en juin 2003 à bord d'un lanceur Rockot. Depuis, plus de 130 de ces mini satellites ont été lancés. Le premier cubesat français a décollé en février 2012, en même temps que le premier lanceur européen Vega. Durant ce vol de qualification, le lanceur a mis sur orbite deux gros satellites et 7 petits cubesats parmi lesquels figurait "Robusta-1A". Un satellite conçu par des étudiants de l'Université de Montpellier et l'équipe du Centre Spatial Universitaire, suite à l'appel à projet "Expresso" amorcé en 2006 par le CNES.


Placé sur son orbite, Robusta-1A a émis pendant quelques heures avant de cesser de fonctionner. "Nous avons beaucoup appris de cette expérience. C'est très probablement un souci de branchement au niveau des panneaux solaires qui a empêché la batterie de notre cubesat de se recharger" analyse Jérôme Boch, professeur à l'IES. Et ce demi échec a plus que jamais motivé les troupes pour renouveler l'expérience en concevant le successeur de ce premier cubesat : Robusta-1B.

 
 
Sa charge utile est constituée d'une plaque de circuit imprimé sur laquelle sont fixés des composants électroniques. L'objectif est d'étudier en conditions réelles comment vieillit l'électronique lorsqu'il est exposé à l'environnement radiatif hostile de l'espace. L'étude de ce vieillissement in situ sera l'occasion de valider de nouveaux modèles prédictifs de vieillissement de l'électronique. "En effet, jusqu'à présent, on se contente de reproduire les effets de l'environnement radiatif spatial en irradiant les composants en laboratoire pendant un temps très court (comparé à la durée de vie d'un satellite), puis on extrapole afin d'obtenir une information sur le vieillissement. Or, il est bien connu qu'une irradiation plus lente, correspondante aux conditions réelles que rencontrera le satellite, n'aura pas les mêmes effets sur l'électronique. Robusta 1b nous permettra de vérifier ces hypothèses en environnement réel"explique Mathias Rousselet, étudiant impliqué dans le projet.

 
Et ces premiers lancements ne sont que le début d'une longue série. Le Centre Spatial Universitaire (CSU) de Montpellier espère désormais lancer au moins un de ces cubesats par an.
De fait, un peu avant l'été 2015, un lanceur devrait décoller de Russie, emportant avec lui une petite carte électronique développé par le CSU en partenariat avec l'université de Bauman en Russie. Il s'agira cette fois de tester la résistance de différents types de mémoire flash ou Ram dans un environnement spatial.

OPÉRATIONNEL. Et le projet suivant est d'ores et déjà sur la rampe de lancement. Il s'agit d'un triple cubesat baptisé Robusta-3A Mediterranée. Sa mission sera de servir de relai pour transmettre des données collectées par le GPS des navires qui croisent en Méditerranée. En effet, le signal GPS met un peu plus de temps à parvenir aux récepteurs lorsque le ciel est encombré de nuages. La mesure de ce délai fournit une indication sur la quantité d'eau contenue dans la troposphère, au dessus du navire. Ces données seront transmises par chaque navire et collectées par le satellite. Elles seront alors transmises dans un format exploitable à Meteo-France, afin d'en affiner les modèles et donc les prédictions météorologiques. "Le partenariat est en cours de signature avec Méteo-France" assure Frédéric Saigné.

Tisser des collaborations internationales et avec les agences spatiales
Et lorsqu'ils ne sera pas utilisé à des fins météorologiques, le cubesat pourra être employé pour faire transiter des données de type SMS entre des universités partenaires au Burkina-Faso, à Madagascar, ainsi que dans le sud de la France. Ce satellite constituera un défi technique supplémentaire puisqu'il sera stabilisé par des petits propulseurs, et qu'il emploiera à cet effet un "star tracker". C'est à dire une petite caméra capable de se repérer grâce à la position des étoiles dans le ciel.
Le domaine des cubesat semble tellement porteur que l'université de Montpellier leur a même ouvert un cursus dédié, portant sur l'ingénierie des systèmes spatiaux. Ce qui permet aux étudiants de travailler en partenariat avec l'ESA, le CNES, mais aussi avec l'agence spatiale russe Roscosmos ainsi qu'avec le laboratoire JPL de la NASA. "Dans les 5 ans, quelques 1000 nanosatellites de 1 à 10 kilos pourraient-être lancés" prédit un article du journal The Economist.

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Ava, le robot qui nous calculait trop

01.06.2015, par Charline Zeitoun

 Universal Pictures

« Ex Machina », thriller high-tech sur l’intelligence artificielle, sort mercredi sur les écrans. Nous l’avons vu en avant-première avec un expert du domaine, l’informaticien Jean-Gabriel Ganascia.
Une machine intelligente échappe-t-elle forcement à son créateur ? Dans Ex Machina, Alex Garland, scénariste du magnifique Never Let Me Go 1, remet le couvert sur ce thème rebattu de la science-fiction. Au cœur de ce huis-clos étouffant, Caleb, jeune programmeur prodige chez BlueBook, moteur de recherche et géant d’Internet, est invité à passer une semaine chez son patron, Nathan, hipster barbu au crane rasé, retiré dans une villa bunker au fin fond de l’Alaska. Caleb y participera à une expérience unique : interagir avec Ava, un troublant robot féminin. Dans la forteresse high-tech truffée de caméras, de courtes pannes d’électricité offrent à Ava et Caleb de brefs moments d’intimité hors de la surveillance de Nathan…

Le film ne se limite pas à une mise en scène du test de Turing

À première vue, Ex Machina ressemble à une mise en scène stylisée d’un test bien connu en intelligence artificielle : le test de Turing. Il consiste à confronter à l’aveugle des humains et des machines. Si une personne ne peut dire si elle discutait avec un congénère ou non à l’issue d’un chat avec un logiciel, on considère que ce dernier – capable de bluffer les humains en imitant leur façon de converser – a passé le test avec succès. « Mais dans le film, commente Jean-Gabriel Ganascia, chercheur au LIP62, c’est l’être humain qui subit le test : tout est inversé ! » Ava, palindrome qui peut se lire à l’envers, prend le dessus en posant elle-même les questions. Et son corps laisse clairement voir ses entrailles mécaniques... Fini donc le test à l’aveugle : Nathan, le big-boss, parie insolemment sur le fait que sa créature aura quand même l’air dotée d’intelligence et de conscience.


Bande annonce Ex_Machina
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Mais le film ne se limite pas au test de Turing, passera, passera pas… « Ava “dépasse” son créateur, poursuit Jean-Gabriel Ganascia, Ex_Machina renvoie donc aussi à une thématique à la mode : la singularité. » La singularité, c’est ce moment hypothétique qui verrait la croissance technologique accéder à un ordre supérieur. Il s’agirait d’intelligences artificielles (IA) dépassant les humains qui les ont créées. À partir de là, les machines pourraient prendre le pouvoir, se réparant et s’auto-engendrant elles-mêmes. La science-fiction (SF) en a fait son pain quotidien. Skynet, l’IA qui décide de construire une armée de robots terminators dans les films de James Cameron, est une illustration parfaite de cette thématique.

Il est plus que
discutable que des
informaticiens,
physiciens, etc.,
affirment sans
preuves que la
singularité est une
réalité scientifique.

« Que la SF comme Ex_Machina s’empare de ce thème, d’abord né en philosophie 3, est légitime. Mais il est plus que discutable que des informaticiens, physiciens, etc., affirment aujourd’hui sans preuves que la singularité est une réalité scientifique », insiste Jean-Gabriel Ganascia. En cause, des déclarations alarmistes faites à la presse il y a quelques mois sur les dangers de l’IA par Stephen Hawking, le célèbre physicien, Bill Gates, fondateur de Microsoft, et Elon Musk, créateur de Paypal. Et l’alerte lancée, de manière un peu plus mesurée, dans une lettre ouverte (link is external) signée en janvier dernier par 700 personnalités, dont à nouveau Stephen Hawking et Elon Musk, mais aussi Frank Wilczek, Prix Nobel de physique, et des membres éminents de Google. « Les signataires sont souvent ceux qui développent justement des produits riches en IA : un peu hypocrite, non ? », fait remarquer Jean-Gabriel Ganascia.

On peut aussi évoquer l’étonnante Université de la singularité, sorte de centre de recherche et d’éducation autour de la high-tech dite de rupture, créé en 2009 dans la Silicon Valley, aux États-Unis, et qui s’exporte maintenant en Europe, parfois dans de grandes universités. Financée par Google, basée à San Fransisco sur le campus de la Nasa, elle a été cofondée par Ray Kurzweil, informaticien, futurologue, théoricien du transhumanisme, et… finalement recruté par Google il y a trois ans. « De manière générale, il devient difficile aujourd’hui de faire de la recherche en IA indépendamment des grandes sociétés du Net. Il me semble qu’il y a collusion entre ces scientifiques et les intérêts des géants qui les financent », commente Jean-Gabriel Ganascia.

 
BlueBook, double de fiction de Google, véritable État dans l’État

L’intérêt d’Ex Machina est justement d’aborder – hélas trop discrètement – l’ambiguïté de ces liens. BlueBook, la société-empire que dirige Nathan, semble un mix audacieux de Google et de Facebook. « Et, pour créer le “cerveau” d’Ava, le patron démiurgique a utilisé les informations de son moteur de recherche. La créature du film est le reflet de tout ce qui se trouve sur le Web et pour ainsi dire de l’humanité tout entière. Cette intelligence “collective” correspond à une approche très contemporaine de la question », souligne Jean-Gabriel Ganascia. Enfin, grâce au Big data et au scannage du profil de Caleb sur les réseaux, Ava semble avoir été « psychologiquement » profilée pile-poil pour lui plaire, au-delà de la pureté de son visage et de ses déplacements ondulatoires hypnotiques.


Extrait 1 Ex_Machina
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Avez-vous
remarqué que
Google s’investit
de plus en plus
dans des services
d’ordre régalien,
c’est-à-dire du
ressort de l’État ?

« C’est là que se situe le véritable danger à court terme, reprend le chercheur, dans l’emprise que ces géants du Net ont sur nos vies privées et nos données. Avez-vous remarqué que Google, partisan du transhumanisme et très engagé en robotique, s’investit aussi de plus en plus dans des services d’ordre régalien, c’est-à-dire du ressort de l’État ? » L’ogre américain s’emploie en effet déjà au cadastre avec Google Maps, à la monnaie avec le porte-monnaie électronique Google Wallet, et à la santé en y investissant 35 %4 de son fond d’investissement Google Ventures, qui pèse 2 milliards de dollars d’actifs. Et ce n’est que le début. « Il me semble que leurs prétendues alertes sur la prise de pouvoir par des machines intelligentes ne sont qu’un écran de fumée pour détourner notre attention de tout cela… », suggère le chercheur.

Un film pour les fans d’intelligence artificielle

« Bien sûr il existe des dangers potentiels liés aux logiciels très puissants qui prennent des décisions sans intervention humaine, car nous sommes dépassés par l’ampleur des masses de données qu’ils traitent et leur rapidité, reprend Jean-Gabriel Ganascia. Mais les machines ne cherchent pas à prendre le pouvoir : c’est nous qui leur en laissons ! Il faut donc plutôt s’inquiéter de la place de l’humain dans les chaînes de décision que nous mettons nous-mêmes en place, des limites à donner à l’autonomie des machines… et de l’emprise des sociétés qui fabriquent et utilisent les algorithmes. » En cela, le thème central d’Ex_Machina se révèle peu novateur car il repose sur une violence un peu téléphonée du robot. Au contraire de l’excellent Her (2014), de Spike Jones, prouesse scénaristique qui tient le spectateur en haleine pendant deux heures face à un homme qui discute avec… le système d’exploitation de son ordinateur ! Il, ou plutôt elle, dépourvue de “corps”, s’échappe paisiblement, abandonnant les humains aux capacités décidément trop limitées.


Extrait 2 Ex_Machina
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Ex_Machina interpellera surtout les fans d’intelligence artificielle, notamment quand Caleb raisonne sur la façon de tester une machine via l’humour ou la sémantique, ou fait référence à l’expérience de Marie, avant d’être renvoyé dans ses cordes par Nathan qui lui demande de réagir « avec ses tripes » et de simplement lui dire s’il est bluffé ou non.

« C’est exactement l’approche de Turing dans les années 1950. Il ne voulait pas s’embarrasser à définir l’intelligence ni la conscience. Pour lui, celle d’une machine serait de toute façon différente de la nôtre qui est, elle, liée à notre corps, à notre expérience du monde et à nos émotions, commente Jean-Gabriel Ganascia. Aujourd’hui, la conscience – qu’on ne sait d’ailleurs pas définir – ne passionne pas les chercheurs en IA et on est très loin d’en créer une. Il n’y a en France pas ou peu d’investissements là-dessus. »

Les machines
ne cherchent pas
à prendre le pouvoir : c’est
nous qui leur
en laissons !

On cherche plutôt à créer des machines « transparentes », façon Tars, le robot en forme d’arbre à cames du récent Interstellar (2014) dont on peut paramétrer le degré de franchise. « En robotique, on veut donner aux machines assez d’autonomie pour qu’elles réalisent certaines tâches, mais pas consciemment !, poursuit le chercheur. Qu’elles fassent illusion suffit largement : le but est surtout de faciliter nos interactions avec elles, tout en les gardant sous contrôle… » Au contraire d’Ava douée d’assez de libre-arbitre et de volonté pour s'émanciper. À moins qu’elle n’ait justement été programmée pour cela, en usant de toutes les stratégies possibles...

Le film regorge aussi de références bibliques (le titre, tiré de l’expression deus ex machina ; les prénoms des personnages5 ; etc.) et de clins d’œil appuyés à différents mythes : de Faust (Caleb doit signer un contrat draconien), aux sept femmes de Barbe bleue (certaines portes ne doivent pas être ouvertes), en passant par Prométhée, Pygmalion, Frankenstein et surtout le Golem, classiques habituels convoqués dans les films où les robots se mettent à travailler du ciboulot. « Dans l’une des versions du mythe 6, Rabbi Loew, créateur du Golem, avait écrit sur le front de celui-ci le mot « Emet », vérité en hébreu, raconte Jean-Gabriel Ganascia. Mais sitôt animé, le Golem effaça la première lettre, ce qui donna « Met », mort en hébreu. Inquiet de l’ambivalence de la créature qui commençait à lui échapper, Rabbi Loew n’hésita pas à la détruire. » Un geste qui s’avèrera problématique pour l’arrogant Nathan, misogyne et manipulateur, mégalo imbibé de bière et de vodka durant la majeur partie du film…

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