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La formation par simulation basée sur l’IA améliore les performances humaines dans les exosquelettes robotiques

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Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont démontré une nouvelle méthode qui exploite l’intelligence artificielle (IA) et les simulations informatiques pour entraîner des exosquelettes robotiques afin d’aider de manière indépendante les utilisateurs à économiser de l’énergie lorsqu’ils marchent, courent et montent les escaliers.

« Ce travail propose et démontre un nouveau cadre d’apprentissage automatique qui comble le fossé entre la simulation et la réalité pour contrôler de manière autonome des robots portables afin d’améliorer la mobilité et la santé des humains », explique Hao Su, auteur correspondant d’un article sur les travaux qui seront publiés. Le 12 juin dans le magazine nature.

« Les exosquelettes ont un énorme potentiel pour améliorer les performances des locomotives humaines », déclare Su, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Cependant, leur développement et leur déploiement à grande échelle sont limités par de longues exigences en matière de tests humains et par des lois sur la surveillance manuelle.

« L’idée de base ici est que l’IA incorporée dans l’exosquelette portable apprend à aider les gens à marcher, courir ou grimper dans une simulation informatique, sans nécessiter aucune expérience », explique Su.

Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur l’amélioration du contrôle autonome dans les systèmes d’IA incorporés, c’est-à-dire les systèmes dans lesquels le logiciel d’IA est intégré à la technologie des robots physiques. Ce travail visait à enseigner aux exosquelettes robotiques comment aider les personnes en bonne santé à effectuer divers mouvements. En règle générale, les utilisateurs doivent passer des heures à « entraîner » l’exosquelette afin que la technologie sache quelle force est nécessaire – et quand appliquer cette force – pour aider les utilisateurs à marcher, courir ou monter les escaliers. La nouvelle méthode permet aux utilisateurs de profiter immédiatement des exosquelettes.

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« Ce travail fait de la science-fiction une réalité, permettant aux gens de dépenser moins d’énergie tout en effectuant diverses tâches », explique Su.

« Nous avons développé une méthode pour former et contrôler des robots portables qui profitent directement aux humains », explique Xuzhen Lu, premier auteur de l’article et ancien chercheur postdoctoral à NC State. Luo est maintenant professeur adjoint à l’Université aéronautique Embry-Riddle.

Par exemple, lors de tests sur des humains, les chercheurs ont découvert que les participants à l’étude utilisaient 24,3 % d’énergie métabolique en moins lorsqu’ils marchaient avec un exosquelette robotique que lorsqu’ils marchaient sans exosquelette. Les participants ont utilisé 13,1 % d’énergie en moins lorsqu’ils couraient dans l’exosquelette et 15,4 % d’énergie en moins lorsqu’ils montaient les escaliers.

« Il est important de noter que ces réductions de puissance comparent les performances de l’exosquelette robotique à celles d’un utilisateur ne portant pas l’exosquelette », explique Su. « Cela signifie qu’il s’agit d’une mesure réelle de la quantité d’énergie économisée par l’exosquelette. »

Bien que cette étude se soit concentrée sur le travail des chercheurs auprès de personnes en bonne santé, la nouvelle méthode s’applique également aux applications d’exosquelettes robotiques visant à aider les personnes à mobilité réduite.

« Notre cadre peut offrir une stratégie généralisable et évolutive pour le développement rapide et l’adoption généralisée d’une variété de robots d’assistance pour les personnes en bonne santé et à mobilité réduite », explique Su.

« Nous en sommes aux premiers stades de tests des performances de la nouvelle méthode sur des exosquelettes robotiques utilisés par des personnes âgées et des personnes souffrant de troubles neurologiques, tels que la paralysie cérébrale. Nous souhaitons également explorer comment cette méthode peut améliorer les performances des dispositifs prothétiques robotiques. pour la population amputée.

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Cette recherche a été menée avec le soutien de la National Science Foundation sous les prix n° 1944655 et 2026622 ; Institut national de recherche sur le handicap, la vie indépendante et la réadaptation, dans le cadre de la bourse 90DPGE0019 et de la bourse de recherche suisse SFGE22000372 ; et les National Institutes of Health, sous le prix 1R01EB035404.

Shuzhen Luo et Hao Su sont co-inventeurs de la propriété intellectuelle liée au contrôleur évoquée dans ce travail. Su est également co-fondateur et détient un intérêt financier dans Picasso Intelligence, LLC, qui développe des exosquelettes.

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Comment les lasers peuvent résoudre le problème mondial du plastique

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Comment les lasers peuvent résoudre le problème mondial du plastique

Une série de miroirs et de prismes dévient et focalisent les faisceaux laser pour effectuer la réaction. Crédit image : Université du Texas à Austin

Une équipe de scientifiques a réussi à créer une technologie laser permettant de décomposer le plastique solide en composants précieux, offrant ainsi une nouvelle approche durable pour lutter contre la pollution plastique mondiale.

Une équipe de recherche mondiale, dirigée par des ingénieurs texans, a développé avec succès une méthode basée sur le laser pour décomposer les molécules des plastiques et d’autres matériaux en leurs composants de base en vue d’une réutilisation future.

La découverte, qui consiste à superposer ces matériaux sur des matériaux bidimensionnels appelés dichalcogénures de métaux de transition, puis à les enflammer, a le potentiel d’améliorer la façon dont nous éliminons les plastiques qui sont presque impossibles à dégrader avec les technologies actuelles.

« En tirant parti de ces réactions uniques, nous pouvons explorer de nouvelles voies pour convertir les polluants environnementaux en produits chimiques précieux et réutilisables, contribuant ainsi au développement d’une économie plus durable », a déclaré Yuping Zheng, professeur Walker de génie mécanique à la Cockrell School of Engineering et l’un des leaders du projet. Et de manière circulaire. « Cette découverte a des implications majeures pour relever les défis environnementaux et développer le domaine de la chimie verte. »

La recherche a été récemment publiée dans Communications naturellesL’équipe comprend des chercheurs de Université de Californie, BerkeleyUniversité du Tohoku au Japon, Laboratoire national Lawrence Berkeley, Université Baylor et Université d’État de Pennsylvanie.

Lutter contre la pollution plastique

La pollution plastique est devenue une crise environnementale mondiale, avec des millions de tonnes de déchets plastiques s’accumulant chaque année dans les décharges et les océans. Les méthodes traditionnelles de décomposition du plastique sont souvent énergivores, nocives pour l’environnement et inefficaces. Les chercheurs envisagent d’utiliser cette nouvelle découverte pour développer des techniques efficaces de recyclage du plastique afin de réduire la pollution.

Yuping Cheng et Siuan Huang

Professeur Yuping Cheng et étudiant diplômé Siyuan Huang. Image : Université du Texas à Austin

Les chercheurs ont utilisé une lumière à faible énergie pour rompre la liaison chimique du plastique et créer de nouvelles liaisons chimiques qui transforment le matériau en points de carbone lumineux. Les nanomatériaux à base de carbone sont très demandés en raison de leurs capacités polyvalentes, et ces points pourraient être utilisés comme dispositifs de stockage de mémoire dans les ordinateurs de nouvelle génération.

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« C’est passionnant de prendre du plastique qui ne se dégradera jamais tout seul et de le transformer en quelque chose d’utile pour de nombreuses industries différentes », a déclaré Jingang Li, étudiant postdoctoral à l’UC Berkeley qui a commencé la recherche à l’Université du Texas.

Potentiel d’applications plus larges

La réaction spécifique est appelée activation CH, où les liaisons carbone-hydrogène dans la molécule organique sont sélectivement rompues et converties en une nouvelle liaison chimique. Dans cette recherche, des matériaux 2D ont catalysé cette réaction qui a transformé les molécules d’hydrogène en gaz. Cela a ouvert la voie aux molécules de carbone pour se lier les unes aux autres pour former des points de stockage d’informations.

Des recherches et développements supplémentaires sont nécessaires pour améliorer le processus d’activation du méthane par la lumière et l’étendre aux applications industrielles. Cependant, cette étude représente une avancée importante dans la recherche de solutions durables pour la gestion des déchets plastiques.

Le processus d’activation du CH piloté par la lumière démontré dans cette étude peut être appliqué à de nombreux composés organiques à longue chaîne, notamment le polyéthylène et les tensioactifs couramment utilisés dans les systèmes de nanomatériaux.

Référence : « Activation C-H guidée par la lumière médiée par des dichalcogénures de métaux de transition 2D » par Jingang Li, Di Zhang, Zhongyuan Guo, Zhihan Chen, Xi Jiang, Jonathan M. Larson, Haoyue Zhu, Tianyi Zhang, Yuqian Gu, Brian W. Blankenship, Min Chen, Zilong Wu, Suichu Huang et Robert Kostecki Andrew M. Minor, Costas P. Grigoropoulos, Deji Akinwande, Mauricio Terrones, Joan M. Redwing, Hao Li et Yuebing Zheng, 2 juillet 2024, Communications naturelles.
DOI : 10.1038/s41467-024-49783-z

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La recherche a été financée par diverses institutions, notamment Instituts nationaux de la santéFondation nationale des sciences, Société japonaise pour la promotion de la science, Fondation Hirose et Fondation nationale des sciences naturelles de Chine.

L’équipe de recherche comprend Deji Akinwande et Yuqian Guo du Département de génie électrique et informatique de l’Université du Texas ; Qi Han Chen, Zilong Wu et Suizhou Huang du programme de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université du Texas ; Hao Li, De Zhang et Zhongyuan Guo de l’Université du Tohoku, Japon ; Brian Blankenship, Min Chen et Costas B. Gregoropoulos de l’Université de Californie à Berkeley ; Shi Jiang, Robert Kostecki et Andrew M. Mineure du Laboratoire national Lawrence Berkeley ; et Jonathan M. Larson de l’Université Baylor ; Haoyu Zhou, Tianyi Zhang, Mauricio Terrones et Guan M. Redwing de l’Université d’État de Pennsylvanie.

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Des milliers de mondes ne répondent pas à la définition de « planète »

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Des milliers de mondes ne répondent pas à la définition de « planète »

Dans le monde en constante évolution de l’astronomie, les définitions planétaires doivent parfois suivre le rythme des nouvelles découvertes et concepts.

Le terme « planète » tel que défini dans Union Astronomique Internationaleest actuellement en cours d’audit.

L’ancienne définition décrit une planète comme un corps céleste en orbite autour du Soleil, avec une masse suffisante pour être forcé de prendre une forme sphérique par la gravité, éloignant ainsi les autres corps de son orbite.

Cependant, la définition de l’AIU ne s’applique qu’aux corps célestes de notre système solaire, ce qui a suscité une controverse parmi les scientifiques.

Élargir la définition des planètes

Nous vivons dans un vaste univers, où l’on découvre fréquemment des corps célestes en orbite en dehors de notre système solaire.

Cette réalité soulève une question qui fait réfléchir : la définition de planète ne devrait-elle pas s’étendre au-delà des limites de notre système solaire ?

Un article qui devrait être publié prochainement dans une revue scientifique de vulgarisation conforte cette opinion. Les auteurs de l’étude proposent une nouvelle définition de la planète, une définition qui n’est pas contrainte par les limites de notre système solaire et qui s’appuie sur des critères quantitatifs.

Ancienne définition des planètes

Les pionniers de cette proposition sont des scientifiques de Université de Californie à Los Angeles (UCLA)Ils prônent le remplacement de la définition de l’AIU, qu’ils considèrent comme héliocentrique et dépassée.

« La définition actuelle mentionne spécifiquement l’orbite autour de notre soleil. Elle ne s’applique qu’aux planètes de notre système solaire », a déclaré le professeur Jean-Luc Margot, auteur principal de l’étude. Il a ajouté que la proposition de l’équipe s’appliquerait aux corps célestes en orbite autour de n’importe quelle étoile, reste stellaire ou naine brune.

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Les chercheurs affirment que les exigences de l’Union astronomique internationale concernant une planète en orbite autour de notre soleil sont très spécifiques alors que les autres critères sont trop vagues.

Ils fournissent une définition claire, pleine de critères mesurables qui peuvent être appliqués aux planètes à l’intérieur et à l’extérieur de notre système solaire.

Propriétés planétaires

Selon la nouvelle proposition, une planète est un corps céleste en orbite autour d’une ou plusieurs étoiles, naines brunes ou restes stellaires. Sa masse dépasse 1023 kg, mais est inférieure à 13 fois la masse de Jupiter (2,5 x 1028 kg). Fournir de telles limites de blocs spécifiques est un élément essentiel de la proposition.

Les scientifiques ont utilisé un algorithme mathématique pour étudier les propriétés des objets de notre système solaire et identifier les caractéristiques distinctives partagées par nos planètes.

L’analyse a servi de base au développement d’une classification globale de ces corps célestes, introduisant des éléments de base tels que la dominance dynamique.

Masse et effet de la gravité

Un objet est dit hémodynamiquement dominant s’il possède une gravité suffisante pour se frayer un chemin en collectant ou en éjectant des objets plus petits à proximité.

Il est intéressant de noter que toutes les planètes de notre système solaire présentent cette caractéristique, mais pas d’autres planètes, telles que les planètes naines comme Pluton et de nombreux astéroïdes. Ainsi, cette caractéristique a été citée comme un ajout crucial à la définition de la planète.

Alors que la dominance dynamique fixe une limite inférieure à la masse, la masse agit également comme une limite supérieure, en particulier lorsque les corps célestes deviennent si massifs qu’ils déclenchent la fusion thermonucléaire du deutérium et se transforment en sous-étoiles appelées naines brunes.

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Il convient de noter que l’exigence selon laquelle la planète doit être sphérique est plus complexe à mettre en œuvre en raison de la difficulté d’observer les formes des planètes lointaines.

Par conséquent, les auteurs proposent des définitions de base de la masse, faciles à mesurer, évitant ainsi les discussions sur la question de savoir si un corps céleste répond ou non au critère de la sphère.

Planètes et planètes naines

Il ne sera peut-être pas possible de réviser la définition officielle de la planète donnée par l’AIU dans un avenir proche, mais les chercheurs espèrent que leurs travaux susciteront un débat qui mènera à une définition améliorée.

Selon cette proposition, la distinction entre les planètes et les planètes naines devient plus claire.

Les planètes naines, comme Pluton, qui manquent de dominance dynamique, font partie d’une catégorie distincte. Cela garantit que la définition inclut exclusivement les objets qui répondent à des critères stricts de masse et de dominance dynamique.

La compréhension des exoplanètes joue également un rôle crucial dans le débat. Les exoplanètes – planètes situées en dehors de notre système solaire – nécessitent une définition qui va au-delà des contraintes centrées sur le système solaire.

En se concentrant sur la masse et l’influence gravitationnelle, la nouvelle définition fournit un cadre robuste, rendant la classification plus facile et plus précise.

L’étude a été publiée dans Journal des sciences planétaires.

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Des empilements de silicate de magnésium dans le champ hydrothermal du Détroit, en Islande, sont des analogues biogéochimiques des sources hydrothermales alcalines sous-marines des débuts de la Terre.

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Des empilements de silicate de magnésium dans le champ hydrothermal du Détroit, en Islande, sont des analogues biogéochimiques des sources hydrothermales alcalines sous-marines des débuts de la Terre.

Champ hydrothermal de Stritan, Islande — Progrès des sciences de la Terre et des planètes

Le champ hydrothermal du détroit (SHF), situé dans le terrain basaltique d’Islande, est l’un des systèmes de ventilation hydrothermale sous-marine alcaline qui sont analogues à l’endroit où la vie aurait pu commencer sur Terre.

Pour tester cette hypothèse, nous avons analysé la composition, la structure et la minéralogie des échantillons provenant des cheminées hydrothermales générés dans le SHF. Nous avons constaté que les dépôts de cheminée sont constitués de silicates de magnésium, notamment d’argiles du groupe saponite-stevensite (riches en magnésium et en silicium, pauvres en fer et en aluminium), de carbonate de calcium et de sulfate de calcium. Les empilements sont constitués de structures perméables avec des pores de 1 micromètre ou moins.

Leurs intérieurs complexes, observés par microscopie électronique à balayage et par tomodensitométrie, présentent des surfaces internes élevées. L’analyse EDX (spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie) révèle une augmentation du rapport Mg/Si vers les parties extérieures de la cheminée. Les expériences isotopiques de Chemical Garden produisent des cheminées similaires de silicate de magnésium avec des structures internes poreuses, ce qui suggère que les expériences d’injection et de dépôt pourraient être des analogues à haute résolution des cheminées hydrothermales naturelles du SHF.

Nous concluons que les cheminées SHF peuvent avoir facilité des réactions prébiotiques similaires à celles proposées pour les argiles et le gel de silice dans les évents alcalins putatifs pluton-orthodoxes. L’analyse de la dynamique des fluides montre que ces cheminées ont un taux de croissance intermédiaire par rapport aux cheminées noires plus rapides, bien qu’elles soient plus lentes que celles de la Cité Perdue.

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Le SHF a été proposé comme contrepartie des évents alcalins prébiotiques des terrains basaltiques des débuts de la Terre.

Conduits de fumée du système de ventilation d’eau thermale de Straitan (a), échantillonnage de solides et de liquides (b). Gros plan des échantillons S1 (c) et S2 (d). Zones identifiées dans les échantillons (e) S1 ; S1 (tube) et S1 (pointe) en jaune et vert, respectivement, et (f) S2 ; S2 (en haut) et S2 (en bas) sont respectivement jaune et vert. — Avancées des sciences de la Terre et des planètes

Des empilements de silicate de magnésium dans le champ hydrothermal de Strittan, en Islande, sont des analogues biogéochimiques des sources hydrothermales alcalines sous-marines des débuts de la Terre.Avancées des sciences de la Terre et des planètes (accès libre)

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Fellow Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la NASA/biologiste spatial, amateur de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de bouddhistes, Na’vi, Jedi, Freeman, American Sign Language, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (Il/lui ) 🖖🏻

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