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1. Collection de l Atelier d exploration Conseiller scientifique F Findji Conceplion r alisation Atelier d exploration P Bastide lectronique Ces manipulations ont t r alis es pour l exposition L ceil et la vision les surprises des sens en 1985 1986 Dessins de mise en suction des manipulations G Findji L exposition scientifique interactive 1 Comment regarder Comprendre les mouvements de l il 2 Ne croire que ce que l on voit Effet de rotation 3 Ne croire que ce que l on voit Test de la verticale 4 Ne croire que ce que l on voit Effet de mouvement 5 Le on de lecture Lire un texte en mouvement 6 O ai je la t te Mesurer les rotations de la t te 7 O ai je la t te D tecter un d placement de la t te 8 Voir un mot sans pouvoir le lire 9 Le chemin des sens Le cerveau la vision et l audition et la vision Introduction Sugg rer avec simplicit la complexit des syst mes sensoriels de perception du monde qui nous entoure tel est le but de cette exposition Pour cela elle associe des pr sentations qui offrent des situations de conflits perceptifs que le visiteur peut ressentir lui m me Des maquettes interactives l aident ensuite trouver des l ments de r ponse aux questions qu il se pose Notamment en ce qui concerne le fonction nement des syst mes sensoriels savoir le centre de l quilibre et de l orientation2. U NW matu CIRCUIT IMPRIME MASS P LILI ac o om og E b us x XT M uU COT COMPOSANTS THAVERS LE SUPPORT SCHEMA DE DES DIODES VERS CAL N E C LCONDENSAT biooeLen IMPLANTATION DES COMPOSANTS CIRCUIT IMPRIM VU TRAVERS LE SUPPORT SCH MA DE PRINCIPE b Description des circuits lectroniques 1 a la mer b circuit horloge L exposition scientifique interactive Planche 3 1 FRS PEF I a 1 Ra je 17 Description des circuits lectroniques 2 a circuit imprim c t soudure b circuit imprim c t composant c sch ma de principe d branchement de la RAM 2 Koctets e implantation des composants L il et la vision 9 Le chemin des sens Le cerveau la vision et l audition Objectif La maquette d un h misph re du cerveau met en vidence les trajets des informations depuis l oeil ou l oreille jusqu aux r gions sp cialis es charg es de les interpr ter Mode d emploi Appuyez sur les boutons vision ou audition et Observez les trajets lumineux Contenu scientifique Les informations circulent sous forme d impulsions lectriques le long de voies privil gi es les nerfs depuis le r cepteur sensoriel de l il ou de l oreille jusqu la r gion sp cialis e du cerveau charg e de les analyser le cortex visuel ou le cortex auditif Dans la maquette les trajets lumineux
3. labor s pour permettre de percevoir l environnement et de s y adapter Elles sont regroup es sous le titre Ne croire que ce que l on voit qui proposent des stimulations visuelles cr ant des situations de conflit perceptif Le visiteur est calmement allong ou encore debout immobile Pourtant une stimulation visuelle peut donner l illusion d tre en mouvement ou emp cher d ap pr cier correctement la verticale Comprendre La perception ressentie de facon imm diate r sulte d op rations complexes du syst me nerveux qui recoit analyse et compare les informations provenant des organes des sens De l il ou de l oreille jusqu au cerveau une maquette met en vidence les trajets des informations depuis l il ou l oreille jusqu aux r gions sp cialis es du cerveau charg es de les interpr ter Le sens de l quilibre deux maquettes font comprendre le fonctionnement de deux organes peu connus les canaux semi circulaires et les otolithes Ces organes syst me vestibulaire situ s dans l oreille interne d tectent tous les mouvements de la t te ainsi que sa position par rapport la verticale ils transmettent ces infor mations au cerveau qui les utilise en permanence pour adapter notre conduite contr le des muscles pour maintenir l quilibre stabiliser la posture diriger le regard ou ajuster les gestes L exposition scientifique interactive 1 Comment regarder Comprendre le
4. si l on regarde ces leds tout en effectuant un mouvement rotatif de la t te on d chiffre alors le texte Cela s explique par le fait que dans des conditions optimales de r glage le temps que met la t te pour effectuer la rotation de gauche miror teurnant Lecture directe Li F FEE PEPEE E rE EAA L exposition scientifique interactive droite correspond au moins au temps n cessaire pour afficher les parties du message qui seront visualis es avec un angle de vision diff rent L affichage de la lettre par exemple se fait en onze affichages successifs selon la figure 22 Le bo tier fig 24 25 est constitu de deux coquilles s emboitant l une dans l autre La premi re supportant les alimen tations le circuit de commande CIU et les amplis est pourvue de pattes servant accrocher la manipulation La seconde servant de couvercle supporte seize plaques de diodes constituant l afficheur Les deux coquilles sont assembl es par 4 vis sur le c t La partie commande Le coeur de la manip est constitu de la carte d interface CI fig 23 Elle permet la commande automatique d v nements en prenant l environ nement du syst me en compte gr ce l adjonction de capteurs Elle renvoie ou analyse des informations en provenance d ordinateurs Les diff rents l ments qui la composent sont un microprocesseur et les circuits qui lui sont as
5. a l impression que c est lui et le lit qui se mettent tourner On observe que l effet n est pas obtenu imm diatement mais seulement au bout de quelques instants Il est d ailleurs plus ou moins fort selon les personnes Pour que l effet soit maximum le visiteur qui fait l exp rience ne doit pas tre g n par les autres de m me pour les manips Test de la verticale et Effet de mouvement 45 V rotation de la bo te lorsque le visiteur s installe Ann de 5 30 Dimensions du dispositif 7 Le visiteur face la manipulation Mode d emploi Allongez vous sur le lit et ramenez le coffre au dessus de votre t te D tendez vous compl tement et regardez le centre de la sph re Qui tourne la sph re ou vous Contenu scientifique Le visiteur est calmement allong et immobile une stimulation visuelle peut pourtant lui donner l illusion de bouger Lors de tout mouvement les informations provenant des yeux de l oreille interne mais aussi de la peau des muscles et des articulations sont analys es par le cerveau Toutes ces informations compl mentaires sont indispensables Ici la situation att nue ou annule certaines informations Le cerveau interpr te mal ce qu il re oit Une illusion de mouvement peut alors appara tre de m me pour les manips Test de la verticale et Effet de mouvement Remarques faut pr voir une surface au sol de 150 x 260 cm
6. d oreille en grec et les cellules particuli res cellules cili es La masse g latineuse r agit aux d placements de la t te et entraine les cils qui d tectent les mouvements LE SENS DE L QUILIBRE Le systeme vestibulaire est constitu par des petits organes situ s dans l oreille interne les canaux semi circulaires et les syst mes otolithiques Is sont sensibles aux d place ments de la t te et sa position par rapport la verticale Ces organes ont une partie mobile qui en raison de son poids r agit aux mouvements de la t te Des cellules particuli res cellules cili es d tectent ces d placements el transmettent des signaux au cerveau qui peut ainsi calculer le sens et l importance des mouvements de la t te Ces informations sont utilis es en permanence afin de commander les muscles pour maintenir l quilibre stabiliser la posture diriger le regard ou ajuster les gestes Figure 17 plastique flexible roulement 35 30 Dimensions 8 Voir un mot L il et la vision sans pouvoir le lire Objectif Cette manipulation met en vidence la persistance r tinienne et montre ce qu est une image subliminale C est une exp rience de psychologie de la perception Elle permet au visiteur d exp rimenter l une des propri t s de son syst me de vision Etonn par la lecture d un message non apparent il est amen s interroger afin de comprendre le
7. du grand disque inolette jx pour commander la position du disque noir et blanc bouton pour le e de la ma m d Sch ma de principe du dispositif L il et la vision 4 Ne croire que ce que l on voit Effet de mouvement Objectif visiteur est debout passe sa t te dans le trou un panneau vertical Jne stimulation lumineuse filante lui donne ipr s quelques instants mpression de se d pl Mode d emploi sez votre t te et regardez devant vous quelques astants sans vous appuyer avec les mains Pouvez ous rester immobile Contenu scientifique Vous tes debout et immobile Une stimulation visuelle peut pourtant vous donner l illusion d tre en mouvement la vision indique un mouvement alors que les autres sens ne d tectent rien 11 y a conflit et une illusion de mouvement peut apparaitre Remarque Un petit marchepied amovible permet aux enfants de faire le test Le visiteur face la manipulation Figure 12 disque perc de trous ouverture pour le passage css wm TETI Sch ma de principe du dispositif L exposition scientifique interactive 5 Lecon de lecture Lire un texte en mouvement Objectif Le visiteur doit essayer de lire un texte anim d un mouvement oscillant Il refait ensuite l exp rience sur le texte fixe mais en bougeant la t te Cette pr sentation illustre les performances et les limites de la coordination entre la vision et le mouvement Mode d emp
8. la manipulation l une pilote la t te l autre les yeux Deux cellules photo r sistantes et un potentiom tre de 20 kW sont solidaires de l axe de commande des veux Ces deux cellules sont mont es en s rie et Le visiteur face la manipulation us 2 atento 6 Vue d ensemble CAPTEUR Z RO MACHINE Sch ma lectrique et la vision aliment es leur extr mit en 12 volts et 12 volts leur point milieu est reli l entr e in du circuit de commande des yeux Le potentiom tre est aliment en 12 volts et 12 volts Son point milieu est reli l entr e in du circuit de commande de la t te Les cellules sont s par es par une cloison Si ces deux cellules sont clair es de la m me facon le syst me est stable la sortie out est la masse le moteur est au repos et les yeux sont tourn s vers la source lumineuse Si on d place la source lumineuse la cloison fait de l ombre l une ou l autre des cellules l ampli commande alors le moteur des yeux de facon r tablir l quilibre en tournant l axe des yeux vers la source lumineuse L axe des yeux en tournant d place le curseur du potentiom tre qui a pour effet de d s quilibrer l entr e du circuit de commande de t te L ampli op rationnel du circuit de commande de la t te r agit en faisant tourner le corps du potentiom tre donc la t te elle m me de facon remettre le curseur en pos
9. te Contenu scientifique Lorsque la t te tourne de droite gauche ou de haut en bas seul un des tubes r agit Pour les mouve ments plus complexes deux ou trois tubes peuvent tre sollicit s en m me temps Dans le syst me vestibulaire les canaux semi circulaires appel s ainsi cause de leur forme Mise en situation de la manipulation Figure 16 Sch ma des canaux semi circulaires L exposition scientifique interactive O ai je la t te D tecter un d placement de la t te Objectif Un profil de t te contient un autre mod le de capteur inertie de l oreille interne otolithe En le d plagant le visiteur peut observer les r actions de ce capteur aux acc l rations en ligne droite mais aussi l inclinaison de la t te en raison de l effet de la pesanteur Mode d emploi D placer la t te horizontalement lentement ou rapidement pencher la t te vers l avant ou vers l arri re observer les r actions de la partie centrale dans chaque cas Contenu scientifique La maquette repr sente le fonctionnement d un organe du syst me vestibulaire situ de chaque c t de la t te dans l oreille interne H d tecte deux types de mouvements les d placements horizontaux et l inclinaison de la t te est sensible aux variations de mouvements et la pesanteur Cet organe comporte une masse g latineuse lest e par des cristaux les otolithes pierres
10. 02 adresse port B 4001 PIACMD EQU 4001 adresse commande portA 4003 PIBCMD EQUS 4003 adresse commande portB 0000 SAVIND EQU 0000 haut de la pile PROGRAMME PRINCIPAL ORG SCO000 C0008E007F C003BDCOIF CO06CECIFF C00908 C00AA600 C00CB74000 COOFO08 C0108CC218 01327 C015A600 C017B74002 CO1ABDCO036 C01D20EA SOUS PROGRAMME INIT CO1F 7F4001 C022 7F4003 C025 86FF C027 B74000 C02A B74002 C02D 8604 02 B74001 C032 B74003 C035 39 L il et la vision structure classique avec une premi re partie o sont trait es toutes les quivalences une seconde partie constituant le corps du programme et enfin les sous programmes L algorithme est le suivant on vient pointer en d but de table et on envoie vers les ports A et B tous les codes rencontr s jusqu ce que l on rencontre le label fintab Bien entendu il faut cadencer ces envois le bon fonctionnement de la manipulation r side dans un r glage fin de ce param tre Pour ce faire nous utilisons le circuit Horloge reli au registre de contr le du PIA Le principe est le suivant la fr quence d affichage des leds est cadenc e par la capture des fronts montants sur CAI registre de contr le Le r glage du potentiom tre permet de modifier la constante de charge du condensateur de l horloge et donc de faire varier la p riode du signal carr obtenu en CAI SOUS PROGRAMME VITESS C036 B64001 C039 8580 27F9 C0
11. 04 ne peut accepter qu une intensit de 0 5 A maximum Un petit circuit permet de r gler la vitesse de d filement du message de facon l adapter aux conditions d observation Le circuit imprim l implantation des composants et le sch ma de principe sont d crits planche 2 noter que la diode led est facultative et que le potentiom tre doit tre mont l arri re du boitier L alimentation 12 volts 15 amp res est obtenue gr ce deux alimentations l une de 12 V 10 A l autre de 12V 5 A Sch ma de principe La source 5 volts est g n r e par un r gulateur 5 volts VR 200 aliment sur le 12 V Chaque pav de diodes est constitu d un circuit imprim sur lequel sont soud s 36 diodes led pl 2 Faites bien attention la polarit des diodes Sur ce circuit on peut souder ou fixer des fiches bananes m les qui viendront s enficher sur des fiches bananes femelles mont es sur le capot de la manip Tous les des circuits vont au 12 V des alimentations et les vont respectivement aux sorties des amplis ULM 2804 Le programme Le logiciel tabl 1 consiste mettre la disposition des ports A et B les octets venant de la table o sont plac s les diff rents codes hexad cimaux des caract res envoyer Le programme conserve une PROGRAMME MER BASTIDE CNRS AEB EQUIVALENCES 4000 PORTA EQU 4000 adresse port A 4002 PORTB EQUS 40
12. 3D B64000 C040 39 TABLE C200 FFFFFFFFTABLE DB SFF SFF SFF SFF C204 00030003 DB 00 03 00 03 C208 00030003 DB 00 03 00 03 C20C 00030003 DB 00 03 00 03 C210 00000000 00 00 00 00 214 00 000 DB 00 F0 00 FF 218 DB C218 DB n2 C218 FF FINTAB DB FF PROGRAMME PRINCIPAL ORG C000 DEBUT 105 57 initialisation du pointeur de pile JSRINIT initialisation PI BOULDX TABLE 1 l index pointe la table du message 1 BOUCLEINX on pointe sur code envoyer LDAA 0 x mettre dans PACCA STAA PORTA envoyer au PORTA CPX FINTAB fin de table BEQ BOU oui INX on pointe sur code envoyer LDAA Ox STAA PORTB JSR VITESS test de CA1 servant de temporisation BOUCLE BRA 5 3 Le programme L exposition scientifique interactive e 23 Figur N y 8 1 8432 Mhz N lt O CEGRDIADRESEES A HUSDCCONTRORCE iPORTA PORTB Carte d interface CI 2 5 g s a Description dimensionnelle du boitier ier rique du boiti ion g om Descript L il et la vision Planche 2 AFFICHEUR CARTE DE COMMANDE DYEXE E 3CTE CIEN 303 TIE JCIEE TC REAGE DE LA VITESSE ET xd VU C T COMPOSANTS TRAVERS LE SUPPORT AETR SA CIRCLIT IMPRIM SUPPORT DE DIODES DIT ALIM i2U SCHEMA DE PRINCIPE n DIODE LED k
13. figurent les premi res tapes du traitement des informations de deux modalit s sensorielles vision et audition Apr s ces premi res tapes le cerveau r alise un grand nombre d op rations complexes aboutissant la perception diffusion des informations vers les autres r gions du cerveau concern es int gration de plusieurs informations de modalit s sensorielles diff rentes interpr tation personnalis e des informations re ues et adaptation du comportement en fonction de l exp rience ant rieure du sujet Figure 26 La manipulation
14. ition milieu L ampli op rationnel Chaque carte est r alis e autour d un ampli op ra tionnel National Semi conductor LH 0021CK Ce circuit est aliment en 12 volts et 12 volts et compare les tensions qui lui sont appliqu es sur les entr es in et in Deux potentiom tres sur chaque carte r glent le z ro et la sensibilit du syst me La carte affect e au mouvement des yeux sera r gl e sur une sensibilit maximum mouvement rapide celle affect e au mouvement de la t te sur une sensibilit minimum mouvement lent La sortie out du circuit LH 0021 variera entre 12 volts et 12 volts en fonction de la tension appliqu e l entr e in par rapport l entr e de r f rence in Cette tension fera tourner le moteur dans un sens ou dans l autre et tendra en permanence quilibrer les entr es Faure 5 Implantation des composants L exposition scientifique interactive source actionniant EE la rotation T d s veux adarki e enn e Descriptif technique a principe de fonctionnement b partie motrice c plate forme d mod lisation des mouvements oculaires e principe de l asservissement des yeux L il et la vision 2 Ne croire que ce que l on voit Effet de rotation Objecti Allong sur un lit le visiteur re oit une stimulation lumineuse tournante Apr s quelques instants il
15. la relation entre la vision et le syst me vestibulaire de l oreille interne L information centrale est que la perception ressentie de facon imm diate on voit un chien on entend le son d une cloche est une op ration tr s complexe r sultat de l interpr tation par le cerveau de nombreuses informations sensorielles Cette exposition est constitu e de huit pr sentations regroup es autour des th mes ressentir et comprendre Par leur autonomie ces manipu lations peuvent aussi s int grer une exposition plus g n rale sur les ph nom nes sensoriels et perceptifs Ressentir L homme est adapt aux conditions de vie sur terre Tenir en quilibre debout ou m me assis marcher ajuster les gestes et le regard sont des actions apparemment simples Elles n cessitent en r alit une activit complexe du syst me nerveux Un premier regroupement concerne la question Comment jouer du regard Une premi re mani pulation permet de comprendre que les yeux et la t te sont toujours en mouvement et que toute personne est capable de fixer son regard m me en bougeant sa t te Avec cette capacit on peut croire qu il est facile de lire un texte qui bouge Une autre manipulation incite le visiteur se rendre compte des limites de la coordination entre vision et le mouvement Des situations invitent le visiteur ressentir des sensations tranges explorer quelques uns des syst mes que la nature a
16. lo Faire et observer pouvez vous lire Si le texte est fixe en tournant rapidement la t te de droite gauche et de gauche droite Sinon en gardant la t te fixe wa L 7 N EE 222 e e 2 E Mise en situation de manip Contenu scientifique Il est beaucoup plus facile de lire un texte fixe en bougeant la t te que le contraire Les mouvements des yeux dans les orbites et ceux de la t te sont coordonn s avec une grande pr cision pour fixer le regard sur le texte Cette activit coordonn e est appel e r flexe vestibo oculaire Elle est r alis e gr ce aux capteurs du syst me vestibulaire situ s dans l oreille interne qui d tectent chaque instant la position et les mouvements de la t te En revanche si la t te est immobile ce r flexe n est pas activ et la lecture d un texte mobile est plus difficile 14 ressort moda dampo Dimensions L il et la vision 6 O ai je la t te P Mesurer les rotations de la t te Objectif Figure 15 Une forme de t te contient un mod le de capteur inertie analogue celui de l oreille interne canaux semi circulaires Ce syst me manipul par le visiteur r agit aux rotations de la t te autour des trois axes Mode d emploi D placez cette t te dans tous les sens Observez la r action des trois tubes color s selon la direction du mouvement de la t
17. pour laisser de la place au pivotement du coffre En outre il est important d emp cher la circulation derri re le lit en le disposant dans le coin d une pi ce par exemple L exposition scientifique interactive 3 Ne croire que ce que l on voit lest de la verticale Fiqure 9 Objectif Debout et les pieds joints le visiteur doit indiquer la verticale l aide d une manette Mais sa vision re oit en permanence une stimulation rotative Dans ces conditions il a des difficult s pour placer correctement la verticale et m me pour rester en quilibre Mode d emploi Les pieds joints fixer le rond central l aide de la molette noire r glez la verticale dans rond central jusqu l arr t du disque Que ressentez vous tes vous content de votre verticale Contenu scientifique Quand le disque tourne la vision cr e une illusion de mouvement que les autres sens ne d tectent pas d o conflit On peut perdre un peu l quilibre ou voir la verticale de travers On constate que l quilibre et la perception de la verticale peuvent tre modifi s Le visiteur face la manipulation Remarque bien clairer le disque noir et jaune Figure 10 r parties d une fon al atoire in des taches j jaunes T disque peint n noir et blanc diam tre 15 cm poulie li e au disque noir et blanc cet ensemble est ind pendant de la rotation
18. pourquoi de ce ph nom ne Les pr sentations de cette manipulation aupr s du public montrent que celle ci est tr s efficace pour susciter le d sir d en savoir plus Les panneaux d accompagnement doivent apporter une premi re r ponse Mode d emploi On peut consid rer cet appareil comme un journal lumineux dont on aurait masqu toutes les colonnes sauf une Un message texte dessin d file en boucle sur le journal Un observateur qui regarde cet objet ne croit voir que des pav s lumineux qui clignotent En fait son cerveau est impr gn son insu par le message transmis En remuant la t te de gauche droite et de droite gauche plusieurs fois le message s tale sur le fond de l oeil de l observateur et gr ce la persistance r tinienne son cerveau peut d coder le message Cet l ment doit tre plac la hauteur des yeux environ 1 70 m de l observateur et celui ci doit se placer au moins six m tres de la manip Un miroir tournant situ quelques m tres de la manip permet de lire le message d une mani re plus confortable c est dire sans tourner la t te Description technique Le principe de la manipulation Un chenillard leds affiche un texte pr alablement hach en de nombreuses parties l mentaires Les parties sont affich es une une une vitesse bien d finie Si l on porte un regard fixe sur le chenillard on voit les leds clignoter d une facon un peu d sordonn e En revanche
19. s mouvements de Objectif Une t te stylis e mobile autour d un axe vertical comporte deux yeux galement mobiles L ensemble est asservi par un dispositif opto lectronique la position d une source lumineuse que le visiteur peut d placer devant la t te Ce faisant il observe deux choses les yeux commencent se d placer lat ralement ce mouvement est bient t suivi par la rotation de la t te Le syst me est con u pour repr senter la co ordination du mouvement des yeux et de la t te qui permet le suivi du regard et la stabilisation des images sur la r tine Mode op ratoire D placez lentement ou rapidement la source lumineuse teignez la lampe Observez le mouvement des yeux et de la t te dans chaque cas Contenu scientifique Les mouvements des yeux et de la t te se co ordonnent avec pr cision pour que le regard suive constamment la direction de la lampe Les mouve ments des yeux dans les orbites doivent compenser en permanence les mouvements de la t te afin de conserver la stabilit du regard Cette activit coordonn e est appel e r flexe vestibo oculaire Cette activit vestibo oculaire est r alis e gr ce aux capteurs du syst me vestibulaire situ s dans l oreille interne qui d tectent chaque instant la position et les mouvements de la t te Description de la manipulation Le syst me de commande lectronique Deux cartes identiques permettent de piloter
20. soci s RAM ROM PIA UART d codage d adresse g n rateur de Bauds 115 constituent un l ment de base pour une initiation au mat riel c vum 5 PORT A NE CREER PORT B e PORTE o PORTA L Dr FER T 1 IlmmEEEEHE CES a M a i HET C est un microprocesseur de chez Motorola le 6802 qui l anime Son horloge est de 1 Mhz et il est associ un circuit d interface parall le le PIA 6821 une EPROM 2716 d une capacit de 2048 octets une RAM HM 6116 de 2048 octets et un UART 6850 Un circuit g n rateur de fr quences propose toutes les fr quences utilisables pour la transmission de 75 Bauds 19 200 Bauds Les 16 pav s de diodes sont pilot s par les deux ports et B du PIA de la carte d Interface CI via des amplis ULM 2804 Ces amplis recoivent en entr e des niveaux logiques 0 ou 5 volts et se comportent comme des interrupteurs un niveau logique 0 en entr e allume le pav un niveau logique 1 l teint Le circuit imprim comportant 3 circuits ULM 2804 Chaque pav de diodes tant constitu de 6 x 6 diodes mont es en parall le on devra en fonction des diodes choisies et de leur consom mation grouper les entr es et les sorties des amplis deux par deux En effet chaque porte de l ampli ULM 28
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