Tout a commencé par le voyage de Nicolas Roy à Stanford.  Nicolas est doctorant au sein du Département de physique et membre des Instituts NISM et NaXys. La visite à Stanford avait pour objectif de développer une expertise à l’UNamur sur une méthode nouvelle de simulation de cristaux photoniques twistés, récemment publiée par la prestigieuse université. À la suite des discussions lors du séjour à Stanford, des pistes de collaborations sont apparues, notamment celle de poursuivre les recherches relatives à l’une de leurs publications afin de tenter de rendre un dispositif qui permet de manipuler la direction du faisceau lumineux le plus efficace et compact possible.  

Pari réussi puisque l’étude théorique prévoit un dispositif de 6 microns (soit la taille d’un cheveu) !  De plus, il est très économe en énergie.  Concrètement, il peut permettre de suivre des satellites par exemple, sans bouger l’émetteur ou le récepteur, ce qui est compliqué dans un circuit photonique.  Une autre application concrète est à l’étude pour la société Meta, qui souhaite réduire la taille des casques de réalité virtuelle à une simple paire de lunettes… 

Durant sa thèse de doctorat, et en s’appuyant sur une publication de l’équipe de Stanford intitulée “Theory for Twisted Bilayer Photonic Crystal Slabs”, Nicolas a reproduit la méthode de simulation et mis au point un modèle analytique des simulations numériques. L’emploi de ces simulations peu coûteuses a permis de trouver les structures photoniques les plus capables de dévier la lumière de manière contrôlée. Le modèle analytique quant à lui permet de fournir une explication à ce qui a été observé et donc de mieux comprendre ce qu’il se passe. En bref, cela donne des perspectives de fabrication plus simples pour les futurs dispositifs. 

Les équipes de recherche qui collaborent dans cette étude travaillent sur les cristaux photoniques twistés, c’est-à-dire des matériaux bidimensionnels, formés, par exemple de 2 couches de silicium superposées et structurées, et leur interaction avec la lumière.  

Dans la conception d’un modèle analytique, Nicolas Roy s’est également servi d’une théorie connue depuis les années 60 : les réseaux échelette.  Un réseau échelette est un réseau de diffraction plan ayant le profil en dents de scie.  Concrètement, cela ressemble aux toits des anciennes usines.  La nouveauté qu’il a apportée en utilisant cette notion, c’est de permettre de comprendre le mécanisme qui permet le contrôle de l’angle de sortie du faisceau lumineux grâce au twist entre les deux couches. Ce faisant, il a identifié que le système agissait similairement au réseau échelette. L’équipe, grâce à des méta-modèles, a permis de concentrer la lumière dans une direction bien précise avec une efficacité de 90%.  

Le but de ce genre de structure twistée ?  Devenir maître de la lumière et fabriquer in fine des systèmes qui permettent de la ralentir, voire de l’arrêter.   

Cette technique du twist ouvre donc bien des possibilités encore inexplorées en photonique en ajoutant un degré de contrôle de la lumière.  Les chercheurs poursuivent leurs recherches dans ce sens, en continuant cette collaboration fructueuse avec l’équipe du professeur Fan, de l'Université de Stanford, USA.  

Décidément, on n’a pas fini de twister à l’UNamur ! 

L'équipe belge

• Professeur Michael Lobet (UNamur, Harvard University)
• Professeur Alexandre Mayer (UNamur)
• Dr Nicolas Roy (UNamur)

L'équipe américaine

• Professeur Shanhui Fan (Université de Stanford)
• Dr Beicheng Lou

Les chercheurs remercient l’UNamur, et plus spécifiquement le Département de physique et l’Institut NISM pour avoir financé le voyage de Nicolas Roy, l’Institut naXys pour son soutien dans ce projet,  la plateforme technologique PTCI, dont les supercalculateurs ont rendu cette étude possible ainsi que le FNRS pour le financement des mandats de recherche de Michaël Lobet et Alexandre Mayer.

• Michaël Lobet, le physicien de l’invisible qui fait twister la lumière 
• Sur les traces d’Einstein : anciennes théories, nouvelles perspectives
• Publication sur l’observation de la lumière dans Nature Communications

L’étude sur les systèmes complexes publiée dans Physical Reviews Letters soutient une tendance croissante qui se concentre davantage sur l'analyse du comportement collectif d'un système plutôt que sur la découverte des mécanismes d'interaction sous-jacents.

Lorsqu'on observe une volée d'étourneaux tourbillonnant dans le ciel en parfaite coordination - un phénomène connu sous le nom de murmuration - on assiste à l'interaction élégante d'actions individuelles créant un comportement collectif. En essayant de comprendre ces motifs fascinants, les chercheurs peuvent isoler des règles simples basées sur le champ de vision d'un oiseau individuel et la distance qui le sépare de ses voisins, mais il faut toujours se demander si le modèle capture réellement les processus à l'origine des interactions entre les oiseaux (Fig. 1). 

Il s'agit d'un problème général dans la recherche sur les systèmes complexes, qui revient à distinguer les mécanismes (les règles régissant les interactions) des comportements (les modèles observables qui émergent).

Les réseaux représentatifs d'individus en interaction, ou nœuds, constituent un bon moyen d'étudier les mécanismes par rapport aux comportements. Jusqu’à présent, les chercheurs se sont concentrés sur les interactions par paire, mais de nombreux systèmes comprennent également des interactions d'ordre supérieur entre plusieurs nœuds. L'impact de ces mécanismes d'ordre supérieur sur les comportements n'a pas été clairement établi. Thomas Robiglio, de l'Université d'Europe centrale de Vienne, et ses collègues, dont Maxime Lucas (CR FNRS – UNamur) ont abordé cette question.  Ils ont considéré des réseaux avec des interactions d'ordre supérieur et évalué les comportements qui en résultent en termes de dépendances statistiques entre les valeurs des nœuds. 

Les chercheurs ont identifié des signatures comportementales d'ordre supérieur qui, contrairement à leurs équivalents par paire, révèlent la présence de mécanismes d'ordre supérieur. Leurs conclusions ouvrent de nouvelles voies pour distinguer les mécanismes et les comportements lors de l'étude de systèmes complexes - une distinction qui est cruciale pour l’étude de l'inférence dans la science des réseaux, les neurosciences, les sciences sociales et au-delà.

Cette étude fait aussi l’objet d’un article "Featured in Physics" et "Editor's suggestion", et d'un article « commentaire » à la demande du journal, disponible sur leur site internet en anglais en version intégrale.

L’étude, intitulée « Topology shapes dynamics of higher-order networks » propose un cadre théorique spécialement conçu pour comprendre les réseaux complexes d’ordre supérieur où plusieurs agents interagissent au même temps et donc qui généralisent les réseaux avec leurs interactions en couples. Plus précisément, l’étude montre la manière dont la topologie façonne la dynamique, la manière dont la dynamique apprend la topologie et de la manière dont la topologie évolue de manière dynamique.

L’objectif de ce travail est d’initier les physiciens, les mathématiciens, les informaticiens et les chercheurs en science des réseaux à ce domaine de recherche émergeant, ainsi que de définir les futurs défis de la recherche où la topologie discrète et la dynamique non linéaire se mélangent.

Avec les des données en leur possession, les chercheurs montrent que des systèmes complexes réels tels que le cerveau, les réactions chimiques et les réseaux neuronaux peuvent être facilement modélisés comme des réseaux d’ordre supérieur, caractérisés par des connexions multi-corps indiquant le fait que plusieurs éléments du système interagissent simultanément.

Cette équipe internationale est convaincue que la visibilité de leur travail au travers de cette publication dans Nature Physics permettra d’ouvrir la porte à des nouvelles collaborations avec d’autres disciplines qui s’appuient sur l’analyse des réseaux pour étudier des systèmes complexes réels.

Bravo à l’équipe pour cette publication !

Après une maîtrise en physique (université de Florence, juin 1995), Timoteo Carletti a poursuivi ses études doctorales à Florence (Italie) et à Paris (France) à l'IMCCE, et a finalement soutenu sa thèse de doctorat en mathématiques en février 2000. 

Il s’installe en Belgique en 2005, et est engagé à l'Université de Namur comme chargé de cours, puis comme professeur (2008), et enfin comme professeur titulaire (2011) au Département de mathématique de la Faculté des sciences.  En 2010, il a fait partie des créateurs du Namur Center for Complex Systems (devenu l’Institut Namur Institute for Complex Systems – naXys) dont il a assumé la direction jusqu'en décembre 2014.

Elio Tuci est professeur à la Faculté d’informatique et membre de l’Institut naXys (axe Robotics) de l’UNamur.  Il vient d’obtenir un financement Crédit de Recherche (CDR) du F.R.S – FNRS à la suite des appels dont les résultats ont été publiés en décembre 2024.

Ses recherches s'inscrivent dans le domaine interdisciplinaire de la robotique bio-inspirée et de l'intelligence informatique. Dans son activité de recherche, il s’inspire de la nature pour concevoir des mécanismes de contrôle permettant à des agents artificiels d'opérer dans un environnement complexe et d'apprendre de leur expérience de manière autonome. 

L'objectif de ses travaux est double. D'une part, il cherche à concevoir des systèmes adaptatifs autonomes en élaborant des mécanismes de contrôle qui sous-tendent des capacités comportementales, sociales, cognitives et de communication complexes. D'autre part, il conçoit des modèles informatiques et robotiques pour générer des hypothèses nouvelles et alternatives concernant les principes opérationnels de la cognition et de l'apprentissage dans les organismes naturels : des modèles macroscopiques (c'est-à-dire mathématiques) et microscopiques (c'est-à-dire computationnels basés sur des agents simulés avec un ordinateur).  

Le financement FNRS sera utilisé pour étendre les ressources informatiques disponibles pour notre équipe travaillant déjà sur le projet coopératif BABots, avec une unité de serveur puissante qui permettra d'exploiter les avantages du calcul parallèle pour effectuer des recherches et des analyses avancées.

Les chercheurs mettent en œuvre le premier système BABot dans C. elegans. Les BABots du ver seront programmés pour agir comme un collectif qui détectera, localisera et attaquera les agents pathogènes envahissants dans un environnement agricole confiné. 

Le projet BABots a reçu un financement du programme de travail du Conseil européen de l'innovation Horizon Europe - EIC PathFinder dans le cadre de la convention Project 101098722.

Le projet Action de Recherche Concertée (ARC) AUTOMATic 

Ce projet vise à développer et à tester, dans un environnement de simulation, un système de gestion du trafic urbain tenant compte du contenu et reposant sur un essaim de véhicules aériens sans pilote (UAV).

Plus d’infos sur le site des projets ARC.

Le Fellowship EU-C2W - On the study of firefly synchronisation using robots

« Connect with Wallonia - Come 2 Wallonia » (C2W) est un programme postdoctoral européen (action Marie Skłodowska Curie COFUND) ouvert aux chercheurs postdoctoraux dans tous les domaines de recherche. Le projet, mené par le Dr Marcelo Avida et Cinzia Tomaselli consiste à mettre en œuvre ce que l'on appelle la réponse à la synchronisation dans une population de robots e-puck. Il s'inspire d'un comportement observé chez certaines espèces de lucioles dans le cadre de la parade nuptiale. 

Plus d’infos sur le site C2W.

Le projet Win4Doc du SPW recherche Monaster - Système de surveillance des défaillances avec une stratégie de maintenance préventive et autonome basée sur la robotique et l’intelligence artificielle pour des applications spatiales.

Ce projet mené par Antoine Hubermont vise à créer une plateforme permettant de visualiser et de prévoir les informations relatives à l'état des actifs terrestres, d'évaluer le niveau de risque de leur défaillance, d'identifier les anomalies et de lancer un processus de rétablissement de leurs fonctions. La plateforme intègre et combine les capacités de détection et de prédiction des solutions basées sur l'intelligence artificielle avec les capacités techniques des solutions robotiques. Ce projet est mené en collaboration avec la société Telespazio Belgium.

Le fellowship BEWARE du SPW recherche ILabBot - Intelligent Laboratory Autonomous Mobile Robot for Pharmaceutical Industry

L'objectif de ce projet mené par le Dr Muhanad Alkilabi est d'équiper le robot mobile HelMO de tous les mécanismes de contrôle nécessaires et éventuellement de capteurs supplémentaires pour permettre au robot de fonctionner de manière autonome dans un environnement de laboratoire pharmaceutique afin d'automatiser les processus de production actuellement réalisés par des opérateurs humains.  Ce projet est mené en collaboration avec la société CISEO.

• BABots | Un projet européen de biorobotique
• Chœurs synthétiques | Une chorale de robots créée à l’UNamur