Stworzyłem superszybką kamerę do przechwytywania niewidzialnych obiektów

Stworzyłem superszybką kamerę do przechwytywania niewidzialnych obiektów
Stworzyłem superszybką kamerę do przechwytywania niewidzialnych obiektów
Anonim

Amerykańscy naukowcy udoskonalili najszybszą na świecie kamerę, aby uchwycić przezroczyste obiekty i niewidoczne procesy, takie jak fale uderzeniowe czy impulsy laserowe. Opis znajduje się w czasopiśmie Science Advances.

Nieco ponad rok temu profesor z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego Lihong Wang (Lihong Wang) opracował najszybszy aparat na świecie – urządzenie zdolne do wykonywania 10 bilionów zdjęć na sekundę. Jest tak szybki, że potrafi nawet pokazać ruch światła w zwolnionym tempie. Ale to urządzenie nie nadało się do rejestrowania przezroczystych obiektów lub procesów zachodzących w przezroczystych środowiskach.

Teraz Lihong Wang i jego koledzy przedstawili nowe rozwiązanie, które łączy ultraszybki aparat zdolny do wytwarzania bilionów obrazów na sekundę oraz mikroskop z kontrastem fazowym. Urządzenie rejestruje ultraszybkie obrazy przezroczystych obiektów, a nawet niewidocznych zjawisk, takich jak fale uderzeniowe czy impulsy laserowe.

Mikroskopia kontrastu fazowego została opracowana prawie 100 lat temu przez holenderskiego fizyka Fritza Zernike, aby umożliwić wizualizację przezroczystych obiektów, takich jak komórki, które w większości składają się z wody. Metoda opiera się na fakcie, że fale świetlne są spowalniane lub przyspieszane podczas przechodzenia przez różne materiały. Na przykład, jeśli promień światła przechodzi przez kawałek szkła, zwalnia, gdy wchodzi do szkła, a następnie przyspiesza, gdy wychodzi. Te zmiany prędkości znajdują odzwierciedlenie w czasie przemieszczania się fal. W przypadku niektórych technik optycznych światło, które przeszło przez szkło można odróżnić od światła, które przez nie nie przeszło, a szkło staje się widoczne dla instrumentów.

„Zaadaptowaliśmy standardową mikroskopię z kontrastem fazowym, aby zapewnić bardzo szybkie obrazowanie, które pozwala nam wyświetlać ultraszybkie zjawiska w przezroczystych materiałach” – powiedział Lihun Wang w komunikacie prasowym instytutu.

Ultraszybkie renderowanie jest osiągane dzięki skompresowanej, ultraszybkiej i bezstratnej technologii kodowania LLE-CUP firmy Wang. W przeciwieństwie do większości innych ultraszybkich technologii wideo, które wykonują serię zdjęć sekwencyjnie, system LLE-CUP wykonuje jedno ujęcie, rejestrując cały ruch od początku do końca.

Wang nazwał nową technologię skompresowaną, skompresowaną fazowo, ultraszybką fotografią. Aby pokazać możliwości urządzenia, naukowcy sfilmowali propagację fali uderzeniowej w ośrodku wodnym oraz impulsu laserowego w materiale krystalicznym.

Zdaniem naukowca technologia jest jeszcze na wczesnym etapie rozwoju, ale z czasem będzie mogła znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach fizyki, chemii i biologii. Przy pewnym udoskonaleniu możliwe będzie nagrywanie na wideo nawet tego, jak sygnał przechodzi przez neurony. Niewielkie rozszerzenia włókien nerwowych, które pojawiają się podczas przechodzenia sygnałów, pozwolą Ci zobaczyć interakcję w sieci neuronów.

„Mamy nadzieję, że zobaczymy nieznaczną ekspansję włókien nerwowych, gdy sygnały przechodzą przez neurony. A w sieci neuronowej możemy być w stanie zobaczyć ich połączenie w czasie rzeczywistym” – mówi naukowiec. Ponadto, powiedział, ponieważ wiadomo, że temperatura zmienia kontrast fazowy, system „jest w stanie zobrazować, w jaki sposób front płomienia rozprzestrzenia się w komorze spalania”.

Zalecana: