Activity-controlled annealing of colloidal monolayers.

Molecular motors are essential to the living, generating fluctuations that boost transport and assist assembly. Active colloids, that consume energy to move, hold similar potential for man-made materials controlled by forces generated from within. Yet, their use as a powerhouse in materials science lacks. Here we show a massive acceleration of the annealing of a monolayer of passive beads by moderate addition of self-propelled microparticles. We rationalize our observations with a model of collisions that drive active fluctuations and activate the annealing. The experiment is quantitatively compared with Brownian dynamic simulations that further unveil a dynamical transition in the mechanism of annealing. Active dopants travel uniformly in the system or co-localize at the grain boundaries as a result of the persistence of their motion. Our findings uncover the potential of internal activity to control materials and lay the groundwork for the rise of materials science beyond equilibrium

Propagating waves in bounded elastic media: a transition from standing wave motion to anguilliform kinematics

Waves propagating in confined geometries usually evolve into spatially stationary patterns, built from the interference between the waves that have been reflected upon hitting the boundaries. However, a recent study on bio-locomotion [1] has reported that traveling wave kinematics can naturally emerge in a forced elastic rod, even with boundary conditions involving significant reflections. It has been shown that this particular behavior is observed only in the presence of strong damping. Based on those observations, we aim at giving a quantitative description of the mechanism involved to prevent the built-up of standing waves and establish traveling fish-like kinematics (that optimizes the global swimming efficiency). The question is discussed here in the framework of hand-made artificial swimmers as an example of practical application. REFERENCE [1] Ramananarivo, S., Godoy-Diana, R., Thiria, B. Passive elastic mechanism to mimic fish-muscle action in anguilliform swimming. Journal of the Royal Society Interface. 2013, 10(88), 20130667

Conception et fabrication d'une prothèse myoéléctrique biofidèle pour amputés huméraux

RÉSUMÉ La perte du membre supérieur affecte de manière majeure la capacité de l’amputé à réaliser ses activités, qu’elles soient professionnelles, sociales ou du quotidien. L’amputation ne se traduit pas seulement par un déficit mécanique, elle a aussi un impact psychologique important. Les 50 dernières années ont vu des progrès majeurs dans le domaine des prothèses. Ces progrès technologiques principalement dus aux avancées en robotique, miniaturisation et biomédical ont permis de concevoir des prothèses capables d’effectuer tous les mouvements humains et plus encore. Cependant ce progrès s’est fait au détriment de certaines attentes de base des amputés : porter une prothèse d’apparence naturelle dont le contrôle est intuitif à un coût raisonnable. Ce mémoire présente la conception d’une prothèse robotique pour amputés huméraux. Ce design est une alternative aux prothèses existantes et son développement est axé sur les attentes des utilisateurs. Pour faciliter la conception d’une commande intuitive, seules trois mobilités sont conservées : la flexion-extension du coude, la pronation-supination de l’avant-bras et la préhension de la main. Pour favoriser un comportement naturel du bras artificiel, une méthode de conception biofidèle est utilisée. Il en résulte une main anthropomorphique et un mécanisme d’avant-bras parallèle inspiré de la structure osseuse chez l’humain. Pour pallier la diminution du nombre de mobilités de la main, un mécanisme différentiel adaptatif sous-actionné est utilisé pour la préhension. L’assemblage a été pensé et conçu pour être démontable et réparable afin d’être utilisé pour de futurs développements. La fabrication additive a largement été utilisée, les limitations en termes de résistance mécanique et de précision de fabrication ont été prises en compte. Un prototype a été fabriqué. Il a permis de confirmer le potentiel de cette approche alternative et d’identifier ses limitations. À titre indicatif, en plus d’introduire un nouveau mécanisme de pronation supination, la prothèse développée propose une solution de bras artificiel concurrençant l’adaptabilité et l’apparence des solutions commerciales en se rapprochant de leurs mobilités tout en réduisant le coût d’un facteur 10.----------ABSTRACT The congenital or traumatic amputation of upper limbs lead to strong mobility and sociopsychological disabilities. The field of prostheses has seen major progress during the last 50 years. Those technological advances are the results of breakthroughs in robotics, miniaturization and biomedical science. Prostheses can now reproduce all the human arm movements and even more. However, those technological advances were made without taking into account the low user acceptance resulting from the lack of natural appearance and low intuitively of the control combined to excessive pricing. This project presents the design of a myoelectric biofidelic prosthesis for humeral amputees. This design is an alternative to the existing prostheses, the development is user centered. In order to facilitate the design of an intuitive control, the artificial arm uses only three mobility: the elbow’s flexion-extension, the forearm’s pronation-supination and the hand grasp. A biofidelic approach is used to get a more natural behavior of the prosthesis. This results in an anthropomorphic hand and a parallel mechanism for the forearm inspired by the human one. A differential underactuated adaptive mechanism is used for the grasp to compensate the diminution of driven degrees of freedom of the hand. The assembly is designed to be easily dismounted and repaired so it can be used for further development. Additive manufacturing has largely been used, the limitations in terms of mechanical resistance and manufacturing precision were taken into account. A prototype has been produced. It has confirmed the potential of this alternative design and has also identified the drawback of this solution. It introduces a new mechanism for the artificial limb’s pronation supination and while challenging adaptability and appearance of commercial prosthesis, it stays close to their mobility and reduce their cost of a factor 10

Rather than resonance, flapping wing flyers may play on aerodynamics to improve performance

Saving energy and enhancing performance are secular preoccupations shared by both nature and human beings. In animal locomotion, flapping flyers or swimmers rely on the flexibility of their wings or body to passively increase their efficiency using an appropriate cycle of storing and releasing elastic energy. Despite the convergence of many observations pointing out this feature, the underlying mechanisms explaining how the elastic nature of the wings is related to propulsive efficiency remain unclear. Here we use an experiment with a self-propelled simplified insect model allowing to show how wing compliance governs the performance of flapping flyers. Reducing the description of the flapping wing to a forced oscillator model, we pinpoint different nonlinear effects that can account for the observed behavior ---in particular a set of cubic nonlinearities coming from the clamped-free beam equation used to model the wing and a quadratic damping term representing the fluid drag associated to the fast flapping motion. In contrast to what has been repeatedly suggested in the literature, we show that flapping flyers optimize their performance not by especially looking for resonance to achieve larger flapping amplitudes with less effort, but by tuning the temporal evolution of the wing shape (i.e. the phase dynamics in the oscillator model) to optimize the aerodynamics

Contribution à la compréhension des mécanismes d'agglomération de mélanges de systèmes macromoléculaires PMMA/PEO en solution diluée (Rôle de la tacticité du PMMA et de la masse molaire du PEO sur le contrôle de la structure des nanoagrégats)

L utilisation de séquences RMN de diffusion permet d étudier les échanges dynamiques du PEO en tant que petite molécule qui diffuse à travers les parois de nanocapsules creuses de PMMA afin de maîtriser son relargage en fonction du milieu. Ces objets nanostructurés étant élaborés via la formation de stéréocomplexe entre les PMMA isotactique et syndiotactique dans l acétonitrile, une étude préliminaire a été consacrée à l influence d interactions PMMA/PEO sur la morphologie des nanocapsules creuses.Dans un premier temps, nous avons étudié les interactions stéréospécifiques au sein des systèmes binaires PMMA stéréorégulier/PEO dans le chloroforme, solvant non complexant, puis dans l acétonitrile. L utilisation de la méthode RMN DOSY nous a donc permis de mettre en évidence la formation d une double distribution de nanoagrégats de tailles et de composition contrôlés. Le PEO étant présent dans une des populations de nanoagrégats, sa présence induit et stabilise les agrégats de PMMA. Les interactions PMMA/PEO dépendantes de la tacticité du PMMA sont responsables de ces nanostructures. Elles sont non seulement contrôlées par la tacticité du PMMA mais également par la concentration et la masse molaire du PEO. Dans le chloroforme, un modèle d interaction en trois étapes en fonction de la concentration en PEO, en a été déduit soulignant l effet prépondérant de la conformation des polymères sur ces interactions. De plus, une généralisation dans plusieurs solvants de ce modèle d interactions stéréospécifiques a permis de mettre en évidence la corrélation entre la longueur des séquences isotactiques ou syndiotactiques, leurs conformations et la masse molaire du PEO. Dans un second temps, nous avons pu en déduire une corrélation avec la diminution du phénomène de stéréocomplexation dans les systèmes stéréocomplexe du PMMA/PEO/CD3CN sur la base des interactions observées entre les deux polymères en solution dans l acétonitrile. Le PEO perturbe en partie la formation du stéréocomplexe, permettant ainsi de mettre en évidence l influence de la présence de PEO sur la structure des nanocapsules creuses de PMMA et son effet désintégrant.Ces études ont montré que les mécanismes de diffusion à travers les parois utilisés dans les systèmes à relargage contrôlé ne peuvent faire l impasse sur l analyse préalable des interactions potentielles entre les molécules sondes et la structure des parois polymériques. En effet, ces interactions peuvent fortement modifiés la structure de ces containers et les mécanismes de diffusion doivent prendre quantitativement en compte ces effets pour être efficients.Ces travaux laissent entrevoir la démarche scientifique à suivre pour le développement de modèle de libération contrôlée de molécules actives à travers les membranes des nanocapsules, elles-mêmes incluses dans des systèmes polymériques.Use of NMR pulse sequences to measure diffusion permits to study the dynamic exchange of PEO as a small molecule that diffuses through hollow PMMA nanocapsules walls in order to control its release according to the environment. These nanostructured objects being composed of stereocomplex between isotactic and syndiotactic PMMA in acetonitrile, a preliminary study was devoted to the influence of PMMA/PEO interactions on the morphology of hollow nanocapsules.Firstly, we studied stereospecific interactions in binary systems stereoregular PMMA/PEO in chloroform, non-complexing solvent, and acetonitrile. The use of the DOSY NMR method allowed us to demonstrate the formation of a double distribution of nanoaggregates of controlled size and composition. PEO is present in a population of nanoaggregates inducing and stabilizing the PMMA aggregates. PMMA/PEO interactions dependent of tacticity PMMA are responsible for these nanostructures. They are not only controlled by PMMA tacticity but also by concentration and molecular weight of PEO. In chloroform, an interaction model in three stages depending on PEO concentration has been deducted highlighting predominant effect of polymer conformation on these interactions. In addition, a generalization of this stereospecific interactions model in several solvents has highlighted the correlation between the length of isotactic or syndiotactic sequences, their conformations and PEO molecular weight. In a second step, we were able to deduce a correlation with the decrease of stereocomplexation phenomenon in the systems PMMA stereocomplex/PEO/CD3CN based on interactions observed between the two polymers in solution in acetonitrile. PEO partly disrupts stereocomplex formation, thus highlighting the influence of PEO presence on hollow PMMA nanocapsules structure and its disintegrating effect. These studies have shown that diffusion mechanisms through the walls used in controlled release systems cannot ignore preliminary analysis of potential interactions between probe molecules and polymer walls structure. Indeed, these interactions can significantly change the structure of these containers and delivery mechanisms must take these effects into account quantitatively to be efficient.These studies suggest scientific approach to follow the development of controlled release model of active molecules through nanocapsules membranes, which are included in polymeric systems.TOULON-Bibliotheque electronique (830629901) / SudocSudocFranceF