ساخت یک دوربین جدید با قابلیت ثبت میلیاردها فریم در هر ثانیه!

دانشمندان کماکان به توسعه دوربین‌هایی با قابلیت‌های بسیار پیشرفته ادامه می‌دهند. آن‌ها در جدیدترین تلاش‌های خود یک دستگاه عکاسی جمع‌‌وجور و فوق سریع موسوم به pCUP با حساسیت بسیار بالا نسبت به تغییرات فاز را تولید نموده‌اند. این دستگاه با عملکرد فوق‌العاده خود قادر به ثبت هزار میلیارد فریم در هر ثانیه خواهد بود.

این پدیده در عین جالب بودن چندان بی‌سابقه نیست. چرا که پیش‌تر در سال 2018 همین دانشمندان موفق به توسعه دوربینی با قابلیت ثبت 10 تریلیون عکس در هر ثانیه شدند. با این‌حال دوربین جدید از ترفند متفاوتی بهره می‌گیرد. این دوربین قادر به تصویربرداری از سوژه‌های شفاف و سایر پدیده‌هایی است که با چشم غیرمسلح قابل رویت نیستند. به‌عنوان مثال با استفاده از دوربین جدید می‌توان از موج‌های لرزشی تصویربرداری کرد.

اگرچه این فناوری جالب و باورنکردنی برای ثبت عکس‌های تعطیلات یا تصاویر سلفی مخصوص اینستاگرام کاربردی ندارد؛ اما امکان تصویربرداری علمی در زمینه فیزیک، شیمی و زیست شناسی را فراهم می‌کند. این دوربین به منظور بازتولید کلیه فریم‌های عنوان شده از تکنیک خلاقانه مورد استفاده در مدل 2018 بهره می‌گیرد. در این تکنیک از روش اندازه‌گیری شدت نور، یک تصویر ثابت و برخی روابط ریاضی پیشرفته به‌صورت ترکیبی استفاده می‌شود. این‌بار شاهد به‌کارگیری یک مشخصه اضافی جدید موسوم به تشخیص فاز میکروسکوپی هستیم. این روش نوعی تکنیک عکس‌برداری قدیمی است که در آن تغییرات موقعیت نسبی امواج نوری هنگام عبور از محیط‌هایی با چگالی‌های مختلف به تغییراتی در سطوح روشنایی مبدل می‌شوند. این پدیده امکان رویت سوژه‌هایی نظیر سلول‌های غالبا تشکیل شده از آب را فراهم می‌کند.

لیهونگ وانگ؛ مهندس برق موسسه فناوری Caltech در کالیفرنیا می‌گوید: “ما از یک میکروسکوپ تشخیص فاز استاندارد استفاده کردیم. این روش امکان تصویربرداری بسیار سریع را فراهم نموده و به ما اجازه می‌دهد تا پدیده‌های فوق سریع در مواد شفاف را به تصویر بکشیم.”

میکروسکوپ تشخیص فاز در دهه 1930 توسط یک فیزیک‌دان آلمانی با نام فریتز زرنیک اختراع شد. این میکروسکوپ بر مبنای تغییر سرعت نور هنگام عبور از مواد مختلف عمل می‌کند. تغییرات سرعتی باعث می‌شوند تا تصویربرداری از موادی نظیر شیشه با کمک این تکنیک بسیار تسهیل شود.

تیم تحقیقاتی موسسه Caltech، جدیدترین بخش این فناوری را تکنولوژی رمزگذاری بدون اتلاف فشرده و فوق سریع (LLE-CUP) نامگذاری نموده است. این فناوری نویدبخش نسل آینده دوربین‌های بسیار دقیق است؛ دستگاه‌هایی که قادر به ثبت کامل یک رویداد در قالب یک تصویر هستند و این‌کار را از طریق فراهم نمودن امکان ضبط زمان‌بندی شده امواج نوری انجام می‌دهند.

آقای وانگ در جریان اقدامات پیشین خود از یک دستگاه شارژ پیوسته با عملکرد سریع‌تر استفاده کرد. اکنون وی ورژن ارتقایافته این پیکره‌بندی را با میکروسکوپی ادغام کرده که قادر به ثبت و نگاشت الگوهای نوری نامرئی برای چشم انسان است.

دوربین‌های علمی با توجه به پیشرفت‌های مداوم خود همواره به کشف حقایقی جدید از دنیای پیرامون ما کمک می‌کنند. این حقایق می‌توانند شامل تصویربرداری از اعضای بدن یا ثبت گرفتاری کوانتومی باشند.

محققان با استفاده از دوربین جدید موفق شدند تصاویر حرکت یک موج لرزشی در میان آب و یک پالس لیزری از میان ماده‌ای کریستالی‌شکل را ثبت نمایند. دوربین طراحی شده توسط آن‌ها در آینده می‌تواند برای اهداف گسترده‌تری به‌کار گرفته شود؛ زیرا به گفته محققان می‌توان آن‌ را با چندین سیستم تصویربرداری اپتیکی فعلی ادغام کرد.

به‌عنوان مثال احتمالا دانشمندان در نهایت قادر خواهند بود از شیوه پخش شعله‌های آتش در محفظه احتراق یا حرکت سیگنال‌های عصبی از طریق نورون‌ها در مقیاس میکروسکوپی تصویربرداری نمایند.

آقای وانگ می‌گوید: “با عبور سیگنال‌ها از طریق نورون‌ها، رشته‌های عصبی برای مدت 1 دقیقه دچار اتساع می‌شوند و ما امیدواریم بتوانیم این لحظه را به ثبت برسانیم. در صورت دسترسی به شبکه‌ای از نورون‌ها شاید بتوانیم ارتباط میان آن‌ها را به‌صورت آنی مشاهده نماییم.”

نتایج این پژوهش در نشریه Science Advances منتشر شده است.

منبع sciencealert
  

یه نظری بده!

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

از دیدگاه شما سپاسگزاریم