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Physics to understand and treat living beings

Physics plays an essential part in understanding the mechanisms of life and also has applications in the field of medicine, providing cutting-edge diagnostic and therapy tools.

Collées - serrées
Collées - serrées

© Nicolas HARMAND / Sylvie HENON / David PEREIRA / MSC / CNRS Images

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Experiments, observations and physical modelling allows us to establish the principles by which living systems are organised at different scales, in order to learn about and understand the laws of evolution.

Other challenges in understanding life are addressed with physical approaches. For example, by studying the interaction of waves with living matter, new imaging and diagnostic techniques can be developed. Finding out about and characterising the activity of living beings through physical quantification techniques (energy, movement) can be applied to social issues such as frugality and sustainability, but also biomimicry, bio-inspiration, transformation or conversion.

Techniques such as fluorescence microscopy, MRI (Magnetic Resonance Imaging) and PET (Positron Emission Tomography) allow the structure and function of biological tissues to be explored at a microscopic level, providing an in-depth understanding of physiological and pathological mechanisms. While fluorescence microscopy relies on the use of fluorescent molecules, PET involves the detection of gamma photons emitted by radioactive tracers administered to a patient. MRI is based on the interaction between hydrogen atoms present in body tissues and a powerful magnetic field. Indeed, increasingly accurate and intense magnetic fields are developed with the contribution of physics.

These technological advances are not limited to diagnosis: they have also revolutionised treatments. Hadron therapy, for example, uses heavy particles to precisely target tumours, minimising damage to healthy tissue. Furthermore, nanoparticles offer the possibility of delivering drugs directly to diseased cells, thereby reducing unwanted side effects. For example, nanomedicine allows drugs to be encapsulated in a nanoparticle and guided to the cancerous site. These drugs are known as nanomedicines. 

To further personalise healthcare, “patient-specific” models and biomechanical models are booming. They use diagnostic data to create computer simulations of patients, allowing doctors to plan precise and effective surgical procedures. These computable models are particularly useful for complex interventions, such as proton therapy for eye tumours.

In short, the physics of life is revolutionising medicine by improving the precision of diagnosis, introducing innovative therapies and making it easier to plan personalised interventions. Biomechanics, for its part, gives us a better understanding of the human body and allows us to improve performance.

Keywords: living systems, medicine, medical imaging, diagnostic, therapy tools, treatments, computable models, tissue

20190063_0008
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Voici une colonie de cellules de rein, cantonnée à une surface parfaitement définie de 365 micromètres. Elle est observée en microscopie confocale à fluorescence couplée à un marquage des cellules par immunofluorescence. En cyan, le noyau cellulaire, en jaune-orangé, le pourtour des cellules. À l’image des bulles formant une mousse de savon, ces cellules épithéliales ont la particularité d’être solidement assemblées entre elles, formant une barrière de protection entre l’intérieur et l…

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Collées - serrées
20090001_1235
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Microscope de fluorescence pour la visualisation et la micromanipulation de molécules en cellules vivantes. Grâce à ce dispositif, il est possible d'introduire des nanoparticules fonctionnalisées au sein de cellules humaines en culture et de manipuler ces billes au moyen de champs magnétiques. On est ainsi capable de localiser ces nanoparticules au sein de cellules et de créer des perturbations locales dont l'effet est mesuré.

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Microscope de fluorescence pour la visualisation et la micromanipulation de molécules en cellules vi
20220113_0001
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Neurone dans une tranche d’hippocampe d'un modèle de souris, dans laquelle le récepteur du glutamate GluA2 est "étiqueté" de manière à pouvoir marquer un neurone isolé. En magenta, le marquage de GluA2, sur les dendrites du neurone. En vert, la protéine fluorescente verte (GFP) soluble qui marque le corps cellulaire et l’axone. Le neurone est imagé avec un microscope à feuille de lumière, une technologie d’imagerie haute-résolution. Ce nouveau modèle animal, les techniques de marquage et cette…

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Neurone imagé grâce à une "boîte à outils" pour explorer la communication entre les neurones
20170139_0015
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Etude du méristème apical caulinaire (sur la tige) d’une Arabette des dames, "Arabidopsis thaliana", en miscroscopie confocale à fluorescence. Le groupe de cellules situées au centre sont des cellules "souches", les cellules en périphérie ont la capacité de se différencier et ainsi de former les futures fleurs. Les fleurs d'une plante se développent de manière séquentielle, généralement l'une après l'autre. Chez l'Arabette, il faut compter environ 12 heures entre chaque nouvelle initiation de…

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Etude d'un méristème apical caulinaire en miscroscopie confocale à fluorescence
20210141_0008
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Analyse en immunofluorescence de placenta humain sur un microscope bi-photonique. L’équipe "Immunologie de la grossesse et des cellules souches" étudie différents aspects de l’immunologie de la reproduction afin de comprendre les conséquences de l’inflammation sur l’homéostasie de l’endomètre et sur le déroulement de la grossesse. Ses travaux de recherche visent à élucider l’impact de l’inflammation, stérile ou en réponse à l’infection virale, sur le développement de pathologies placentaires et…

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Analyse en immunofluorescence de placenta humain sur microscope bi-photonique, à INFINITy
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Microscope bi-photonique. Ce microscope permet une imagerie intravitale multiphotonique profonde de haute résolution des explants de placentas humains. L’équipe "Immunologie de la grossesse et des cellules souches" étudie différents aspects de l’immunologie de la reproduction afin de comprendre les conséquences de l’inflammation sur l’homéostasie de l’endomètre et sur le déroulement de la grossesse. Ses travaux de recherche visent à élucider l’impact de l’inflammation, stérile ou en réponse à l…

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Microscope bi-photonique, au laboratoire INFINITy
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Portrait de Valentina Emiliani, lauréate de la médaille d'argent du CNRS 2021, directrice de recherche, responsable de l'équipe Microscopie à modulation du front d'onde à l'Institut de la vision, spécialisée dans la microscopie optique pour le vivant. " Après plusieurs années de recherche sur les propriétés optiques des structures à effet quantique, mes recherches sont aujourd'hui centrées sur le développement de méthodes optiques pour le contrôle des neurones par…

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Médaille d'Argent 2021 : Valentina Emiliani, chercheuse en physique
20220014_0008
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Contrôle de la position de la source d'ions et en particulier de sa fente d'extraction à travers l'aimant (en bleu) du séparateur d'isotopes Sidonie. Le faisceau d'isotopes produit par la source est accéléré puis envoyé dans un aimant qui dévie les trajectoires des isotopes en fonction de leurs masses. La fente, placée au plan focal du séparateur, permet de sélectionner l'isotope purifié désiré pour le déposer ensuite sur un support (la cible). Sidonie a été construit en 1969 à l’université d…

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Contrôle de l'installation de la source d’ions du séparateur d’isotopes Sidonie, à l’IJCLab
20220014_0019
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Simulation d’un examen d’imagerie de la thyroïde avec un fantôme anthropomorphique, lors de l’évaluation de la caméra ambulatoire Thidos. Cette caméra détecte le rayonnement gamma émis par les radioisotopes (isotopes radioactifs) utilisés en radiothérapie, directement au lit du patient, pour contrôler la dose délivrée. L’irathérapie utilise l’iode radioactif pour traiter certaines maladies de la thyroïde. Le patient reçoit un médicament radiopharmaceutique composé d’iode 131 capable de cibler…

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Simulation d’un examen d’imagerie avec la caméra ambulatoire Thidos, à l'IJCLab
20110001_0701
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Sonde 3D de l'échographe Aixplorer. C'est le premier échographe ultrarapide qui utilise les principes du retournement temporel et de l'imagerie multi-ondes pour réaliser une image de l'élasticité du corps humain. Il permet de diagnostiquer précocément les tumeurs profondes ou imperceptibles à la palpation. Les applications sont très nombreuses et concernent les organes suivants : sein, foie, prostate, thyroïde, coeur, muscle, oeil, peau...

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Sonde 3D de l'échographe Aixplorer. C'est le premier échographe ultrarapide qui utilise les principe
20090001_0143
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Vue de la Caméra TEP-CT (General Electric VCT HD RX), utilisant la technique d'imagerie par émission de positons, couplée à un scanner à rayon X. Cette machine est utilisée pour faire de l'imagerie anatomique et fonctionnelle dans les domaines de l'oncologie, la neurologie et la cardiologie. Réalisation de l'acquisition des images du protocole dédié en oncologie.

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Vue de la Caméra TEP-CT (General Electric VCT HD RX), utilisant la technique d'imagerie par émission
20190060_0006
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Nouveau prototype démonstrateur de lecteur miniaturisé permettant la mesure du taux de cystatine C. Ce prototype est une version simplifiée du dispositif portable d’analyses biologiques produit par MagIA Diagnostics. Il est développé par Orphée Cugat, lauréat de la médaille de l’Innovation 2019 du CNRS, et le G2Elab dans le cadre du projet région CYSTATINE. Il a pour objectif de permettre l’autocontrôle à domicile du patient insuffisant rénal chronique. La cystatine C est une protéine de type…

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Prototype de lecteur miniaturisé du taux de cystatine C
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Pour Pierre Nassoy, l'intéressant naît des rencontres. De disciplines d'abord : le directeur de recherche CNRS applique des approches de physico-chimie au vivant. De compétences ensuite : « Pour réussir un projet de valorisation, il faut une recherche porteuse mais aussi des volontés pour la développer. On ne fait rien seul. », assure-t-il. Au Laboratoire photonique numérique & nanosciences (CNRS/Institut d'optique Graduate School/Université de Bordeaux) à Talence, il s'intéresse aux thérapies…

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Médaille de l'innovation 2022 : Pierre Nassoy, recherche et valorisation main dans la main
20130001_0829
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Partie supérieure des électrodes accélératrices du cyclotron du projet Cyrcé (le cyclotron pour la recherche et l'enseignement), après le conditionnement de la machine. Lorsque la machine est fermée, l'emboîtement des électrodes forme un circuit résonnant haute fréquence. A ce stade, le cylotron est raccordé électriquement, hydrauliquement et toutes les sécurités sont en place. Cyrcé est le nouvel accélérateur de particules de l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien. Il vise à déterminer de…

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Partie supérieure des électrodes accélératrices du cyclotron du projet Cyrcé
20130001_0830
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Inspection de l'intérieur du cyclotron du projet Cyrcé (le cyclotron pour la recherche et l'enseignement). A ce stade, le cylotron est raccordé électriquement, hydrauliquement et toutes les sécurités sont en place. Cette inspection se déroule après la phase de conditionnement nécessaire à son bon fonctionnement, avant sa mise en route définitive. Cyrcé est le nouvel accélérateur de particules de l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien. Il vise à déterminer de nouveaux radioéléments pour…

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Inspection de l'intérieur du cyclotron du projet Cyrcé
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Portrait de Vincent Baylé, lauréat de la Médaille de Cristal 2020 du CNRS, ingénieur de recherche en microscopie et traitement d'images, spécialiste en microscopie et traitement d'images au sein de l'équipe Signalisation cellulaire et endocytose du laboratoire Reproduction et développement des plantes

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Médaille de Cristal 2020 : Vincent Baylé, ingénieur de recherche en microscopie et traitement d'images
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On the occasion of the 2019 CNRS Innovation Medal award, we look back at the career of Orphée Cugat, a researcher in electrical engineering. A CNRS researcher at the Grenoble Electrical Engineering Laboratory, he explores magnetism in milli and microsystems. A born inventor, Orphée Cugat was initially trained as a general engineer at the Arts et Métiers engineering institute, but finally decided to complete a thesis and then a post-doctorate in Ireland. In Grenoble, his group began developing…

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Orphée Cugat, lauréat de la Médaille de l'innovation 2019
20110001_1752
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Vue globale d'un appareil de thérapie du cerveau par ultrasons, avec guidage IRM. L'appareil de thérapie (en noir) est situé à l'intérieur d'un imageur par résonance magnétique (IRM). L'imageur est utilisé pour permettre un choix précis de la cible et pour contrôler le traitement en temps réel, grâce à des séquences de mesure de température. Les câbles permettent de piloter les 512 capteurs élémentaires de thérapie. Ce dispositif de thérapie du cerveau par ultrasons permet de concentrer un…

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Vue globale d'un appareil de thérapie du cerveau par ultrasons, avec guidage IRM. L'appareil de thér
20110001_1782
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Image TEP (tomographie par émission de positons) du corps entier au radiotraceur F18-FDG, obtenue chez un patient sain. Cette image montre comment le radiotraceur (analogue du glucose) se "fixe" sur les différents organes, au prorata de leur consommation de glucose. En particulier, on observe une très forte concentration de traceur dans le cerveau, qui consomme beaucoup de glucose, dans le coeur (à gauche car le patient est vu de dos), mais aussi dans la vessie du fait de l'élimination urinaire…

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Image TEP (tomographie par émission de positons) du corps entier au radiotraceur F18-FDG, obtenue ch
20110001_1775
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Image TEP/TDM (tomographie par émission de positons couplée à un scanner) au radiotraceur F18-FDG réalisée chez un patient présentant une tumeur hépathique. En rouge orangé : le signal TEP (consommation de glucose par les tissus), en niveaux de gris : le signal TDM (densité des tissus). La consommation anarchique de glucose au sein de cette tumeur se traduit par un hypersignal correspondant à une hyperfixation du F18-FDG.

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Image TEP/TDM (tomographie par émission de positons couplée à un scanner) au radiotraceur F18-FDG ré
20110001_1779
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Image synthétique (dite image paramétrique) issue de trois examens TEP/TDM (tomographie par émission de positons couplée à un scanner) au radiotraceur F18-FDG (analogue du glucose), réalisés sur un patient atteint d'un cancer du poumon, non à petites cellules, traité par chimiothérapie. L'image synthétise les informations issues des trois examens : avant le traitement, après 12 et 23 semaines de traitement. Outre les zones tumorales en vert, montrant que de grosses tumeurs répondent à la…

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Image synthétique (dite image paramétrique) issue de trois examens TEP/TDM (tomographie par émission
20180051_0079
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Prototype de scanner TONUS avec deux axes de mouvements pour usage pédiatrique, au Laboratoire de mécanique et d'acoustique (LMA). A l’inverse d’une échographie classique dont le rendu est « opérateur-dépendant », ce dispositif va créer une image en coupe transversale détaillant très précisément le membre scanné. L'appareil est équipé de huit transducteurs (capteurs), à raison d'un tous les 45°, spécialement dédiés à l’examen des tissus osseux d’enfants. La fausse jambe utilisée pour l…

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Prototype de scanner TONUS (Tomographie numérique ultrasonore) à deux axes de mouvement
20110001_1115
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Extraction des principaux réseaux de faisceaux de substance blanche cérébrale chez l'homme à partir d'images d'IRM (imagerie par résonance magnétique) de diffusion. Cette technique d'imagerie biomédicale permet d'étudier in vivo des fibres de substance blanche et donc de réaliser des diagnostics pour diverses pathologies : sclérose en plaques, schizophrénie, troubles de la conscience.

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20110001_1115
Extraction des principaux réseaux de faisceaux de substance blanche cérébrale chez l'homme à partir
20230056_0003
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Examen de neuroimagerie avec l'échographe numérique 3D à super résolution de la start-up Resolve Stroke. Cette technologie d’imagerie médicale permet de visualiser les vaisseaux en 3D de façon sûre pour le patient. L’un de ses atouts est la résolution de l’image, dix fois supérieure à celle d’une échographie Doppler. Cette avancée s’appuie sur les travaux du Laboratoire d’imagerie biomédicale (LIB) qui ont permis de dépasser la barrière de la diffraction pour l'échographie. Elle rend possible l…

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Examen de neuroimagerie avec l'échographe numérique 3D à super résolution de Resolve Stroke
20230013_0010
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Mesure des mouvements de traction d'un grimpeur et analyse de sa performance en puissance et en coordination. Les prises horizontales en bois sur lesquelles le grimpeur se suspend à la force de ses bras, permettent de mesurer la puissance musculaire avec laquelle il se propulse en hauteur. Les graduations servent de points de repères pour le grimpeur, afin d'avoir un objectif à atteindre. Des caméras disposées autour du mur d'escalade enregistrent la position de chaque marqueur réfléchissant et…

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Mesure des mouvements de traction d'un grimpeur et analyse de sa performance
20230013_0023
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Étude du mouvement d'une grimpeuse sur un prototype de mur d'escalade de vitesse miniaturisé. Ce mur est équipé de prises avec des capteurs de force. Des caméras disposées autour du mur d'escalade enregistrent la position de chaque marqueur réfléchissant placé sur la sportive et la restituent dans un modèle 3D. La combinaison de ces données permet l'étude de la capacité d'application de la force, de la coordination, du schéma mental et d'appui des grimpeurs. À terme, ce prototype servira de…

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Étude du mouvement d'une grimpeuse sur un prototype de mur d'escalade de vitesse miniaturisé
20190059_0004
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Julien Jouffroy, un des fondateurs de l’association ANTS, s’entraîne sur un vélo stationnaire à simulation électrique fonctionnelle (SEF) permettant de mobiliser les membres inférieurs paralysés. L’association ANTS (Advanced Neuro-rehabilitation Therapies & Sports) a pour principal objectif de rendre accessible la pratique physique aux personnes porteuses d’un handicap neurologique moteur et d’ainsi contribuer à l’amélioration de leur santé et de leur qualité de vie. C’est dans cette…

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20190059_0004
Vélo stationnaire à SEF universel pour personnes en situation de handicap moteur
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On the occasion of the 2019 CNRS innovation medal award, we look back at the career of physics researcher, Vance Bergeron. He holds a PhD in chemistry from the University of California, Berkeley. After several years at Rhône-Poulenc, he joined the CNRS in 2000. Vance Bergeron then began developing biological air decontamination systems using cold plasmas. He participated in the creation of the company Airinspace, where he became the scientific advisor, which equips oncology, haematology and…

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Vance Bergeron, lauréat de la Médaille de l'innovation 2019
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After an accident that left him quadriplegic, the physicist Vance Bergeron decided to devote his research to functional electrical stimulation with the help of his former doctoral student Amine Metani. It is based on a technology that uses electromagnetic fields to stimulate specific areas of muscles. The two researchers jointly created the start-up company Circles which develops innovative solutions to make it possible for people with disabilities to resume a sporting activity. They designed…

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Circles
20200003_0063
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Cycliste sur un vélo d'entraînement dans le cadre d'une étude biomécanique de son mouvement. Il a été équipé de capteurs électromyographiques et de marqueurs réfléchissants. Les premiers enregistrent l’activité neuromusculaire (les contractions musculaires causées par les commandes électriques du système nerveux central), afin de comprendre la coordination musculaire nécessaire au mouvement, orchestrée par le névraxe. Les marqueurs sont utilisés pour la capture optique du mouvement (motion…

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Etude biomécanique du mouvement d’un cycliste
20200003_0064
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Visualisation, en temps réel, des mesures prises sur un cycliste dans le cadre d'une étude biomécanique de son mouvement. A gauche, la description cinématique du mouvement (le patron). Les points correspondent aux marqueurs réfléchissants placés sur les articulations du cycliste. Des caméras captent le rayonnement qu'ils leur renvoient, et suivent ainsi la trajectoire des marqueurs. A droite, les données de vitesse de pédalage (créneaux verts) et les données d'activation musculaire issues de…

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20200003_0064
Etude biomécanique du mouvement d’un cycliste
20200003_0047
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Espace d'entraînement d'escalade muni d'une SmartBoard, une prise d'escalade d'entraînement instrumentée et connectée, développée sur la base de recherches en biomécanique de l'Institut des sciences du mouvement (ISM). Elle quantifie les performances d'un grimpeur : ses capteurs mesurent la force exercée par les doigts sur les sites de préhension (les deux bacs supérieurs et les réglettes de différentes profondeurs). Les données sont traitées par une application permettant de caractériser le…

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Test d'une SmartBoard
20200003_0007
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Sportif courant sur un tapis roulant avec chambre à air antigravité lors d'une étude biomécanique sur l’adaptation de l'orchestration musculaire de la course à pied en condition de simulation hypogravitaire, comparable à la gravité sur Mars ou la Lune. En abaissant la pression dans cette chambre, on simule un état de gravité réduit, diminuant ainsi le poids du participant. Des capteurs électromyographiques couplés à des centrales inertielles ont été posés sur les muscles sollicités, pour…

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20200003_0007
Mesure de l'activité neuromusculaire d'un coureur en condition de simulation hypogravitaire
20200003_0006
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Sportif courant sur un tapis roulant avec chambre à air antigravité lors d'une étude biomécanique sur l’adaptation de l'orchestration musculaire de la course à pied en condition de simulation hypogravitaire, comparable à la gravité sur Mars ou la Lune. En abaissant la pression dans cette chambre, on simule un état de gravité réduit, diminuant ainsi le poids du participant. Des capteurs électromyographiques couplés à des centrales inertielles ont été posés sur les muscles sollicités, pour…

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Mesure de l'activité neuromusculaire d'un coureur en condition de simulation hypogravitaire
20200021_0008
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Validation expérimentale d’une loi de commande dite CCC (Compensation Cancellation Control) pour le pilotage d'une prothèse robotique de poignet avec une personne non amputée équipée à l'aide d'une orthèse, réalisant une épreuve du Cybathlon. Cette compétition destinée aux athlètes handicapés autorise l’utilisation de technologies d’assistance bionique. La prothèse n'est ici pas directement pilotée par le sujet mais cherche de façon autonome à annuler les mouvements de compensation du sujet…

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Validation d’une loi de commande CCC pour le pilotage d'une prothèse robotique
20200021_0009
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Validation expérimentale d’une loi de commande dite CCC (Compensation Cancellation Control) pour le pilotage d'une prothèse robotique de poignet avec une personne non amputée équipée à l'aide d'une orthèse, réalisant une épreuve du Cybathlon. Cette compétition destinée aux athlètes handicapés autorise l’utilisation de technologies d’assistance bionique. La prothèse n'est ici pas directement pilotée par le sujet mais cherche de façon autonome à annuler les mouvements de compensation du sujet…

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Validation d’une loi de commande CCC pour le pilotage d'une prothèse robotique
20210137_0009
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Internal use / no commercial use

Grabbing a pen, hammering in a nail, inserting a credit card, screwing in a light bulb: the former high-level Paralympic athlete and pilot of the French Smart ArM team, Christophe Huchet, is here seen training for the Cybathlon 2020. These unconventional Olympic Games have been organised every four years since 2016 for disabled people equipped with active, robotic technologies. The athlete is fitted with an arm prosthesis specially designed for him, one of the few in the competition to have a…

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20210137_0009
A more intuitive prosthesis
20200013_0002
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Résultats d'une simulation numérique dynamique du comportement biomécanique du pied humain. Un modèle haute résolution d'un pied humain, incluant les principaux os et les corps mous, est mis en mouvement pour simuler la marche ou la course afin d'étudier des paramètres biomécaniques internes. Ces trois images permettent de visualiser la pression plantaire (pression de contact, en haut à gauche), les contraintes et déformations dans les ligaments (en haut à droite) et les pressions de contact…

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Résultats d'une simulation numérique dynamique du comportement biomécanique du pied humain
20120001_0606
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Modélisation 3D d'une cheville, utilisant la technique des éléments finis en régime instationnaire. Les chercheurs établissent un modèle numérique en phase de marche ou de course, pour mettre en évidence, entre autres, les contraintes osseuses (en rouge sur l'écran). Un maillage du volume est établi à partir de données scanner et IRM. L'objectif est la connaissance interne des conditions du mouvement et la prévention du mauvais geste.

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Modélisation 3D d'une cheville, utilisant la technique des éléments finis en régime instationnaire.
20130001_2067
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Simulation numérique dynamique du comportement biomécanique du pied humain. Visualisation des contraintes internes, des contraintes planes pour les ligaments et de la pression plantaire, lors d'une séquence de marche. L'objectif de ces recherches est de mieux comprendre la répartition des efforts (forces d'impact, forces musculaires) dans le pied lors des mouvements quotidiens (marche, course), afin de réduire les traumatismes potentiels. Ces résultats de simulation sont obtenus en utilisant un…

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Simulation du comportement biomécanique du pied humain
20130001_2066
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Modélisation du mouvement d'un homme (de face et de dos) lors du démarrage ou de l'arrêt brutal d'un bus ou d'un métro. Lorsque son équilibre est perturbé, le sujet réalise de grands mouvements de bras. Lors de cette expérience, le sujet est debout sur une plateforme motorisée. Des marqueurs réfléchissant pour la "motion capture" sont placés sur différentes articulations, de manière à pouvoir réaliser une reconstruction "stroscopique" du mouvement. Cette expérimentation permet d'étudier le…

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20130001_2066
Modélisation du mouvement d'un homme à l'équilibre perturbé
20200068_0001
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Flux vectoriel obtenu par imagerie ultrasonore en synthèse d'ouverture : données de simulation numérique des écoulements de sang dans une bifurcation carotidienne. Une image similaire a remporté le défi en estimation du flux par imagerie ultrasonore en synthèse d'ouverture, lors du congrès IEEE International Ultrasonics Symposium 2018 à Kobe, Japon.

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20200068_0001
Simulation numérique des écoulements de sang dans une bifurcation carotidienne
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Masks are now part of our daily lives. But do they really work? What is the most effective material for stopping infectious droplets? At the Ecole Polytechnique in Saclay, the research team led by Christophe Josserand, specialised in flow physics on surfaces, is currently conducting experiments to better define the effectiveness of different types of masks used as barriers against Covid-19. Using the strioscopy technique, a high-speed camera records the flow of droplets produced by…

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Anti-Covid masks against physics
20210120_0005
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Installation d’un filtre sur une soufflerie environnementale produisant un brouillard contrôlé constitué de très petites gouttelettes (4 microns), développée par le LadHyX. L’objectif est de mesurer sa capacité d’absorption. Dans les filtres constitués de fibres entrecroisées, comme les textiles ou les intissés, les gouttelettes capturées s’accumulent progressivement au niveau des jointures entre les fibres jusqu’à former un film liquide obstruant. C’est l’une des raisons pour lesquelles les…

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20210120_0005
Installation d’un filtre sur un dispositif permettant de mesurer sa capacité d’absorption
20180051_0055
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Expérience de psychophysique en cabine audiométrique. Des personnes normo-entendantes ou possédant un implant cochléaire se prêtent à des expériences de comparaison de sons dans une cabine isolée acoustiquement de l’extérieur. Trois boîtes numérotées 1, 2 et 3 vont s’allumer à l’écran chacune à leur tour et un son va être joué. Seul dans la pièce, le sujet doit indiquer laquelle des boîtes 2 ou 3 a produit le son le plus proche de celui de la boîte 1. Quand les patients sont implantés, pour les…

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Expérience de psychophysique en cabine audiométrique
20210120_0018
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Dispersion du flux d’air expiré par un individu. Cette image a été obtenue grâce à la strioscopie, une technique permettant de visualiser les écoulements d’air provoqués par une source de chaleur, comme le souffle de cet individu. Une équipe du LadHyX spécialisée dans les interactions entre les textiles et les liquides étudie le fonctionnement des masques utilisés durant l’épidémie de covid-19. Lorsque nous respirons, nous émettons un flux d’air constitué de microgouttelettes qui, dans le cas d…

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20210120_0018
Dispersion du flux d’air expiré par un individu, observé grâce à la strioscopie
20140001_0113
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Dispositif élémentaire de démonstration d'une illusion tactile. Il prouve que la perception des formes, lors du toucher actif, est due en grande partie aux variations des forces d'interaction des doigts avec un objet, non aux déplacements relatifs de ces doigts explorant sa surface. Ce dispositif est composé d'une plaque dans laquelle sont insérés deux aimants. Lorsque le doigt, posé sur une petite plateforme, se déplace et passe sur l'un des aimants, cela créé une sensation de bosse ou de…

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Dispositif de stimulation tactile
20140001_0104
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Expérience de stimulation tactile, pendant laquelle des vibrations mécaniques aléatoires sont envoyées dans une phalange du doigt, dont l'extrémité est en contact avec une surface. Les propriétés spectrales du signal vibratoire peuvent être ajustées. Lorsqu'elles ressemblent à celles provenant des phénomènes de friction doigt-surface, le cerveau ne peut plus distinguer l'origine des vibrations, au cours d'un mouvement glissant. Quand le mouvement s'arrête, le cerveau attribue à nouveau l…

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Dispositif de stimulation tactile
20140001_0115
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Dispositif élémentaire de démonstration d'une illusion tactile. Il prouve le caractère fondamentalement ambigu des données tactiles cutanées. Un doigt est posé sur les dents d'un peigne en plastique, perturbées par un petit écarteur. Lors du déplacement du peigne, le doigt subit des déformations locales qui donnent la sensation de pics, donc d'une surface en relief. Ce type de dispositif est utilisé dans le cadre de la recherche fondamentale sur le sens du toucher et pour la mise au point de…

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Dispositif de stimulation tactile
20210098_0026
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Test d'H-Ring, une interface haptique portable développée par l’Irisa. H-Ring est capable de déformer localement la peau de son utilisateur, grâce à une ceinture actionnée par deux moteurs qui comprime ou étire la peau au bout de son doigt. En fournissant des sensations tactiles supplémentaires pendant l’interaction avec un objet réel, la recherche a montré que l'on peut modifier la perception physique de cet objet. Ainsi, en comprimant la peau au moment exact où l’utilisateur actionne le…

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Test de l'interface haptique portable H-Ring modifiant la perception physique d'objets réels
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"Imagine stepping into a virtual world, walking through an orchard. You want to pick an apple, and when you grab it, you can feel it in your hand, as if it were real. Transforming the world of virtual reality into a truly tactile experience is the aim of the research project carried out by the IRISA laboratory in the northwestern French town of Rennes. Claudio Pacchierotti and his colleagues are specialists in haptic technology, the science that studies touch. Their research is based on two…

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Feeling virtual reality at last
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Les deux électrodes de l'électroglottographe sont placées autour du cou d'une locutrice. Le signal électroglottographique (EGG) se présente sous la forme d'une onde caractérisée par une modulation rapide, synchrone avec le cycle d'ouverture et de fermeture des plis vocaux, ainsi qu'une modulation lente, dépendante des mouvements du larynx. L'électroglottographe fournit une mesure précise et fiable de la fréquence de vibration des plis vocaux (fréquence fondamentale liée perceptivement à la…

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Les deux électrodes de l'électroglottographe sont placées autour du cou d'une locutrice. Le signal é
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In conducting research on cardiovascular diseases, physical chemist Cédric Chauvierre (Inserm) is inspired by the long polysaccharide molecule which gives marine algae its flexibility and strength to replace defective arteries. These artificial vessels need to withstand significant variations in pressure and be biocompatible. Several tests on animals have proven conclusive. Rat cells even recolonise this porous material, which they end up replacing with a real blood vessel.

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Marine vessels
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The morpho butterfly is poised to become a major player in the energy transition thanks to the astonishing structure of its wings which inspires physicists like Serge Berthier, professor at the Institute of Nanosciences in Paris. When the temperature rises above 40°C, the wings create infrared radiation, which lowers their temperature... and incidentally gives the butterfly its magnificent blue colour. A phenomenon, studied in photonics, which could be reproduced to maintain…

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Solar butterflies
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Manipulation en biomécanique: stimulation de la croissance de cellules de cartilage par pression mécanique. L'objectif de cette manipulation est de solliciter des petites billes de cartilage appelées "micropelle" pour favoriser leur croissance. Ici, un modèle est utilisé, la bille d'alginate. Une fois créées, les billes d'alginate sont introduites dans des puits. Une fois les puits fermés, un liquide () est injecté avec une seringue pour remplir le circuit. Deux pompes péristaltiquepermettent…

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Chercheurs de l’équipe BIOTIC du LMGC
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Manipulation en biomécanique: stimulation de la croissance de cellules de cartilage par pression mécanique. L'objectif de cette manipulation est de solliciter des petites billes de cartilage appelées "micropelle" pour favoriser leur croissance. Ici, un modèle est utilisé, la bille d'alginate. Une fois créées, les billes d'alginate sont introduites dans des puits. Une fois les puits fermés, un liquide () est injecté avec une seringue pour remplir le circuit. Deux pompes péristaltiquepermettent…

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Simulation de la croissance de cellules de cartilage par pression mécanique
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Manipulation en biomécanique: stimulation de la croissance de cellules de cartilage par pression mécanique. L'objectif de cette manipulation est de solliciter des petites billes de cartilage appelées "micropelle" pour favoriser leur croissance. Ici, un modèle est utilisé, la bille d'alginate. Une fois créées, les billes d'alginate sont introduites dans des puits. Une fois les puits fermés, un liquide () est injecté avec une seringue pour remplir le circuit. Deux pompes péristaltiquepermettent…

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Bille d'alginate déformée suite à une pression mécanique
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Manipulation en biomécanique: stimulation de la croissance de cellules de cartilage par pression mécanique. L'objectif de cette manipulation est de solliciter des petites billes de cartilage appelées "micropelle" pour favoriser leur croissance. Ici, un modèle est utilisé, la bille d'alginate. Une fois créées, les billes d'alginate sont introduites dans des puits. Une fois les puits fermés, un liquide () est injecté avec une seringue pour remplir le circuit. Deux pompes péristaltiquepermettent…

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Observation de la déformation d’une bille d’alginate subissant une pression mécanique
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Manipulation sur la reproduction d'une veine modèle pour les chirurgiens, étude en lien avec la santé. Manipulation de gonflement de membrane (de très petite dimension). Mise sous pression d'une membrane (veine ou artère biologique, vaisseau synthétique) avec mesures stéréo-corrélation d'images. But de l'étude: Identifier le comportement mécanique sous changement multi-axial de membranes de petites dimensions. Christiane Wagner, Maître de conférence

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Mise sous pression d'une membrane avec mesure par stéréo-corrélation d'images numériques
20160036_0004
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Plateforme expérimentale de caractérisation des propriétés mécaniques de biomatériaux du et pour le vivant. Au centre du dispositif, un tissu biologique est testé dans une machine de traction DMA (Dynamic mechanical analysis). L'échantillon est plongé dans un bain de liquide thermorégulé permettant de reconstituer des conditions similaires à celles de l'intérieur du corps humain. Les données acquises pendant le test sont visualisées sur un premier écran. Les images enregistrées par deux caméras…

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Plateforme expérimentale de caractérisation des propriétés mécaniques de biomatériaux
20130001_2001
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Déformation d'une cellule cancéreuse humaine observée en microscopie confocale. Son noyau (en bleu) est déposé sur un matériau composé d'alignements de piliers de taille micrométrique. Le rouge marque la présence d'actine, le bleu, la présence d'ADN et le vert, la présence de myosine II. Les chercheurs étudient le comportement de ce type de cellules vis-à-vis de différents matériaux modèles microstructurés, susceptibles d'être implantés chez l'homme. Ils s'intéressent en particulier à la…

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Déformation d'une cellule cancéreuse humaine observée en microscopie confocale. Son noyau (en bleu)
20130001_2000
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Déformation d'une cellule cancéreuse humaine observée en microscopie confocale. Son noyau (en bleu) est déposé sur un matériau composé d'alignements de piliers de taille micrométrique. Le rouge marque la présence d'actine, le bleu, la présence d'ADN et le vert, la présence de sun1. Les chercheurs étudient le comportement de ce type de cellules vis-à-vis de différents matériaux modèles microstructurés, susceptibles d'être implantés chez l'homme. Ils s'intéressent en particulier à la manière dont…

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Déformation d'une cellule cancéreuse humaine observée en microscopie confocale. Son noyau (en bleu)
20130001_2003
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Surface d'un matériau composé d'alignements de piliers de taille micrométrique, sur laquelle ont été déposées 3 cellules cancéreuses humaines qui se sont déformées. Cette image a été obtenue par microscopie électronique à balayage. Les chercheurs étudient le comportement de ce type de cellules vis-à-vis de différents matériaux modèles microstructurés, susceptibles d'être implantés chez l'homme. Ils s'intéressent en particulier à la manière dont les cellules identifient et réagissent à la…

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Surface d'un matériau composé d'alignements de piliers de taille micrométrique, sur laquelle ont été
20170105_0001
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Embryonic stem cells stimulated mechanically using a magnetic tissue stretcher. This device shapes and mechanically stimulates an aggregate of cells into which magnetic nanoparticles have been incorporated. The two micro-magnets, one of which is mobile, are placed either side of the resulting embryoid body, and the cyclical stimulation can be adjusted according to the type of tissue to be produced. Scientists observed that when the stimulation process generated magnetic pulses mimicking heart…

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Cellules souches embryonnaires stimulées mécaniquement avec un tireur magnétique
20170103_0016
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Naïve T cells (shown in green) confined in microwells (in red) filled with collagen fibres (in white). They are monitored dynamically using nonlinear microscopy. As well as the benefit of being able to image tissue in depth, nonlinear microscopy, or two-photon microscopy, reveals not only fluorescent contrasts created by marking specimens, but also additional, intrinsic contrasts that do not require marking. Unlike conventional fluorescence microscopy techniques, this technique harnesses the…

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20170103_0016
Cellules T naïves confinées dans des micropuits remplis de fibres de collagène

CNRS Images,

Our work is guided by the way scientists question the world around them and we translate their research into images to help people to understand the world better and to awaken their curiosity and wonderment.