تصویرپردازی با سرعت یک تریلون بر ثانیه
متن سخنرانی :
دکتر ایجرتن اشتیاق و کنجکاوی رو به ما القا کرد با این تصویر از گلوله‌ای که در حال سوراخ کردن و گذر از میان یک سیبه، و تنها یک میلیونیوم از یک ثانیه رو در معرض نمایش می‌گذاره. اما حالا، 50 سال بعد، ما می تونیم یک میلیون بار سریع‌تر باشیم و جهان رو نه تنها در یک میلیون یا یک بیلیون، بلکه در یک ترلیون فریم در ثانیه ببینیم.من گونه ی نوینی از عکاسی رو به شما ارائه می‌دهم، عکس برداری فوق سریع، تکنیک جدید و بسیار سریع عکس برداریه که می تونه تصاویر صحنه آهسته‌ای از نور در حال حرکت بیآفرینه. و با اون ما می تونیم دوربین‌هایی بسازیم که قادر به دیدن گوشه‌هایی هستند که در فرای خطوط دید ماست یا بتونن داخل بدن رو بدون استفاده از اشعه ایکس ببینن و به راستی تصوری که از دوربین داریم رو به چالش بکشه.
حالا اگه یه نشانه‌گر لیزر رو بگیرم و تنها در یک ترلیونیوم از ثانیه که معادل با چند فمتو ثانیه است خاموش و روشنش کنم بسته‌ای از فوتون‌ها رو تقریبا به پهنای یک میلیمتر ایجاد خواهم کرد بسته‌ای از فوتون‌ها رو تقریبا به پهنای یک میلیمتر ایجاد خواهم کرد و این بسته از فوتون‌ها، یا همان گلوله، با سرعت نور شروع به حرکت می کنه، بازم میگم، میلیون‌ها بار سریع تر از گلوله معمولی (تفنگ). حالا اگه این گلوله‌مون یا همون بسته‌ی فوتون رو بگیریم و به داخل این بطری شلیک کنیم، این فوتون‌ها به چه صورت داخل این بطری متلاشی خواهند شد؟ نور در تصاویر آهسته به چه شکلی خواهد بود؟
تمام این رویداد --(تشویق) (تشویق)
به یاد داشته باشید، تمام این رویداد به طور موثر در کمتر از یک نانو ثانیه رخ می‌ده این زمانیه که نور می‌گیره تا حرکت خودش رو انجام بده اما من در این ویدئو، زمان رو تا فاکتور 10 بیلیون آهسته‌تر می‌کنم تا شما بتونید نوری که در حرکته رو ببینید.
در ضمن، کوکا کولا این تحقیقات رو حمایت مالی نکرد. (خنده‌ی حضار)
خب، اتفاقات زیادی در این فیلم هست، بگذارید تا این رو تشریح کنم و بهتون نشون بدم چه در حال رخ دادنه. خب، پالس نور وارد بطری می‌شه گلوله‌ی ما با بسته ای از فوتون‌ها شروع به حرکت از میان بطری می‌کنه و شروع به پخش و پراکندگی در داخل اون می‌شه مقداری از نور به بیرون رخنه می‌کنه و روی میز می‌تابه، و شما حرکات موجی شکل امواج رو می‌بینید. تعدادی از فوتون‌ها در نهایت خودشون رو به در بطری می‌رسونن و بعد منفجر می‌شن و به جهات مختلف می‌رن. همونطور که می‌بینید ، حبابی از هوا وجود داره و داخل بطری می‌پره. در همین حال، که موج‌ها روی میز در حال حرکتند، و به دلیل بازتاب‌هایی که در بالا هست، می‌بینید که پس از چند فریم، بازتاب‌ها در انتهای بطری متمرکز می‌شن.
حال اگه یک گلوله معمولی داشتیم و می‌ذاشتیم همین مسافت رو طی کنه و سرعت ویدئو رو تا فاکتور 10 بیلیون کم می‌کردیم می‌دونید چه مدت باید می‌نشستید و فیلم رو تماشا می‌کردید؟ یک روز، یک هفته؟ در واقع یک سال تمام! اون فیلم خیلی کسل کننده‌ای از یک گلوله ی معمولی آرام در حال حرکت خواهد بود!
در مورد تصویربرداری از اشیا چطور؟
می‌تونید امواج رو ببینید که روی سطح میز، گوجه فرنگی و دیوار پشت حرکت می کنند. مثل انداختن یک سنگ درون برکه آب می‌مونه.
گمان می کنم به همین صورته که طبیعت تصویری رو رسم می‌کنه، هر بار یک فمتو فریم، اما مسلما چشمان ما ترکیب تصحیح شده‌ای رو می‌بینه. اما اگه به این گوجه فرنگی یه بار دیگه نگاه کنید، متوجه خواهید شد، مادامی که نور برسطح گوجه حرکت می‌کنه، به درخشش ادامه می‌ده و تاریک نمی‌شه. چرا اینگونه است؟ چون گوجه در واقع رسیده هست، و نور داخل گوجه جنب و جوش می‌کنه، و پس از چند ترلیونیوم ثانیه خارج می‌شه. پس در آینده، زمانی که این فمتو دوربین داخل گوشی همراه شما باشه، اونوقت شما قادر خواهید بود به سوپرمارکت برید و رسیده بودن میوه‌ها رو بدون دست زدن به اونا بررسی کنید.
خب چطور شد که تیم من در ام آی تی این دوربین رو خلق کرد؟ حال اگه عکاسی کرده باشید می دونید که اگه شما یک عکس آنی بگیرید، نور خیلی کمی دریافت خواهید کرد اما ما می‌خواهیم یک بیلیون بار سریع‌تر از آنی ترین تصویربرداری شما باشیم، بنابربن تقریبا هیچ نوری دریافت نمی‌کنید. خب، کاری که ما می کنیم اینه که ما اون گلوله رو یا همون بسته‌ی فوتون‌ها رو میلیون‌ها بار می فرستیم ، و به دفعات و با زمان بندی هوشمندانه ضبط می‌کنیم، و از میان گیگابایت‌ها داده ، به طور محاسبه گرانه‌ای به هم می بافیم تا یه همچین فمتو ویدئویی که به شما نشون دادم رو خلق کنیم.
و ما می تونیم این سری از داده‌ها رو بگیریم و در زمینه‌های بسیار جالبی به کار ببریم بنابرین، سوپرمن می‌تونه پرواز کنه. برخی دیگه از قهرمانان داستانی می تونن ناپدید بشن، یا شایدم توانایی جدیدی برای ابرقهرمان آینده : دیدن گوشه‌های خارج از دید ؟ ایده اینه که ما می تونیم مقداری نور به در بتابانیم. نور بر‌می‌گرده ، وارد اتاق می‌شه مقداری از اون دوباره به در بازتابانده می‌شه، و به دوربین برمی گرده، و ما می تونیم از این بازگشت‌های نور پی درپی بهره ببریم
و این علمی تخیلی نیست. ما درواقع اونو ساخته‌ایم. سمت چپ شما دوربین فمتو ما رو می‌بینید. یک مانکن پشت دیوار مخفی شده، و ما می‌خواهیم نور رو از در بازگشت بدیم.
خب پس از اینکه مقاله ما در Nature Communications منتشر شد ، در سایت Nature.com مورد توجه قرار گرفت، و اونا این انیمیشن رو ساختند.
♫
ما این گلوله‌های نور رو شلیک می‌کنیم و اونا به این دیوار برخورد می‌کنن، و به دلیل وجود بسته‌ی فوتون‌ها در تمام جهات پراکنده می‌شوند، و بعضی از اونا به مانکن پنهان ما برخورد می‌کنن، که در بازگشت باز هم اون نور رو پراکنده می‌کنه، و باز در برخورد با دیوار مقداری از اون نو‌ر‌های پراکنده شده بازتاب می کنه و ذرات ریزی از اون فوتون‌ها به دوربین باز می‌گردن، اما خیلی جالب‌تر اینکه، همه اونها در بازه‌های زمانی با اختلاف اندک می‌رسند. ♫
و چون ما دوربینی داریم که بسیار سریع عمل می‌کنه، دوربین فمتو، توانایی های منحصر به فردی داره. تفکیک پذیری زمانی خیلی خوبی داره و می‌تونه به دنیا با سرعت نور نگاه کنه وبه این طریق، ما فواصل رو تا در می‌دونیم ولی نه تا اشیای مخفی ، پس نمی‌دونیم کدوم نقطه مربوط به کدام فاصله هست. ♫
با تابش یک لیزر ما یک سری تصاویر ضبط می‌کنیم که وقتی به صحنه نگاه می‌کنید در واقع هیچ مفهومی ندارن، اما ما تعداد زیادی از اینگونه عکس ها می‌گیریم، چند سری از این تصاویر، کنار هم قرار می‌دیم و سعی می کنیم بازگشت‌های متعدد نور رو آنالیز کنیم، و با اون، می تونیم اشیا پنهان رو ببینیم؟ می تونیم به صورت سه بعدی ببینیم؟
خب این بازسازی ماست. ♫ ♫
خب هنوز راه زیادی در پیش داریم تا این فناوری رو بیرون از آزمایشگاه به خیابونا ببریم، اما در آینده، می تونیم خودرو‌هایی بسازیم که از برخورد با چیزی که پشت پیچه جلوگیری کنن، یا با نگاه به بازتاب های نور از میان پنجره های باز به دنبال نجات یافتگان در شرایط پرخطر باشیم، یا آندوسکوپ (درون بین) هایی بسازیم که می تونن در اعماق بدن و اطراف انسداد کننده‌ها رو ببینن یا همچنین قلب نگار (کاردیوسکوپ) بسازیم. ولی به دلیل وجود رگها و خون کاملا چالش برانگیز خواهد بود، پس از دانشمندان می‌خوایم تا در مورد تصویربرداری فمتو به عنوان شرایط نوین تصویرپردازی برای رفع مشکلات نسل بعدی تصویرپردازی پزشکی، شروع به فکر کنن.
حالا مثل دکتر اجرتن که خودش یک دانشمنده، علم به هنر تبدیل می شه، هنر عکاسی فوق سریع، و من دریافتم که تمام اون گیگابایت داده‌ای که ما هر بار جمع آوری می کنیم تنها برای تصویرپردازی علمی نیست بلکه می‌تونیم گونه نوینی از عکاسی محاسباتی رو با مرور زمان و کدگذاری رنگی (روش های عکاسی) انجام بدیم. و به اون امواج نگاه کنیم. به یاد داشته باشید زمان بین هر کدام از اون امواج تنها چند ترلیونیوم از ثانیه هست.
اما یه چیز خنده دار هم اینجا هست وقتی به امواج زیر درب بطری نگاه می‌کنید، امواج در حال دور شدن از ما هستند. امواج بایستی به طرف ما حرکت کنند. جریان چیه؟
به این دلیله که چون ما در حال ضبط نزدیک به سرعت نور هستیم، تاثیرات عجیبی رو داریم، و انیشتن حتما عاشق دیدن این تصاویر می‌شه. قوانینی که بر اساس اونا پدیده‌ها در جهان رخ می‌دن گاهی در دوربین به طور معکوس ظاهر می‌شن، پس با به کارگیری فضای مربوط و توقف زمانی می‌تونیم این بهم ریختگی رو تصحیح کنیم.
خب چه در مورد تصویربرداری از زوایای پنهان باشه یا ابداع نسل جدید تصویرپردازی پزشکی، یا خلق تجسمات جدید، با اختراع ما، ما به صورت منبع باز (open-sourced) تمامی اطلاعات و جزئیات رو روی وب سایتمون قرار دادیم، و امیدواریم افراد خلاق و پژوهشگر به ما نشون بدن که باید نگرانی‌هامون رو در مورد مگاپیکسل های دوربین ها متوقف کنیم و شروع به تمرکز روی ابعاد جدید عکاسی کنیم. که مسئله زمان هست. سپاس‌گزارم. (تشویق حضار)
