Η γρηγορότερη κάμερα στον κόσμο «σταματάει» τον χρόνο

Μία κάμερα υψηλής ταχύτητας που μπορεί να βρει κανείς στο εμπόριο, μπορεί να βιντεοσκοπήσει από 60 fps (καρέ/δευτερόλεπτο), μέχρι 1.000.000 fps. Τέτοιες κάμερες χρησιμοποιούνται στην τηλεόραση, στον αθλητισμό, στη βιομηχανία κ.α. Σκοπός τους είναι, παίζοντας το βίντεο σε αργή κίνηση, να παρατηρήσουμε κάτι που θα ήταν αδύνατο με γυμνό μάτι ή με μια απλή κάμερα στα 24 fps. Όταν όμως πρόκειται για επιστημονικές έρευνες, οι οποίες παρατηρούν φαινόμενα που συμβαίνουν σε απειροελάχιστο ποσοστό τού δευτερολέπτου, χρειάζονται όργανα παρατήρησης που πραγματικά «σταματάνε» τον χρόνο.

Αυτό έκαναν επιστήμονες από το Εθνικό Ινστιτούτο Επιστημονικής Έρευνας του Καναδά (INRS) και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας τής Καλιφόρνια (Caltech). Ανέπτυξαν μία κάμερα που μπορεί να κάνει λήψη 10 τρισεκατομμυρίων εικόνων το δευτερόλεπτο. Ονόμασαν την τεχνολογία που ανέπτυξαν T-CUP (10-trillion-frame-per-second compressed ultrafast photography), και σκοπός της είναι να παρατηρήσουν με ένα «γύρισμα» τους παλμούς που παράγουν τα λέιζερ που χρησιμοποιούν στο Ινστιτούτο. Τα λέιζερ αυτά παράγουν παλμούς υπερβολικά σύντομους, του εύρους των 10^-15 s. «Αν και κάποιες μετρήσεις είναι δυνατές, τίποτα δε νικάει μια καθαρή εικόνα», ανέφερε ο καθηγητής Jinyang Liang.

Τα τελευταία χρόνια, οι καινοτομίες στον κλάδο τής μη γραμμικής οπτικής και της απεικόνισης οδήγησαν σε πολύ αποτελεσματικές μεθόδους μικροσκοπικής ανάλυσης δυναμικών φαινομένων στη βιολογία και τη φυσική. Η αξιοποίηση, όμως, αυτών των μεθόδων απαιτεί τρόπους να καταγράφονται εικόνες σε πραγματικό χρόνο, σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα και με ένα «γύρισμα».

Με τις μέχρι τώρα μεθόδους, οι μετρήσεις που έπαιρναν έπρεπε να επαναληφθούν πολλές φορές, κάτι που είναι εφικτό σε μερικούς τύπους δειγμάτων, αλλά αδύνατο για άλλους, πιο εύθραυστους.

Η τεχνολογία CUP (Compressed Ultrafast Photography), στα 100 δισεκατομμύρια fps πλησίαζε, αλλά δεν ήταν αρκετή για τις προδιαγραφές των εν λόγω λέιζερ. Για να βελτιωθεί αυτό, στο νέο σύστημα T-CUP, οι επιστήμονες ενσωμάτωσαν έναν τρόπο συλλογής δεδομένων που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπως η τομογραφία. Και επειδή η ποιότητα της εικόνας θα ήταν περιορισμένη, πρόσθεσαν και μια δεύτερη κάμερα που τραβάει στατικές εικόνες. Συνδυάζοντας αυτά τα δύο, μπόρεσαν να πάρουν υψηλής ποιότητας εικόνα ενώ βιντεοσκοπούσαν στα 10 τρισεκατομμύρια fps.

Αυτή η κάμερα καθιστά δυνατή την ανάλυση της αλληλεπίδρασης τους φωτός με την ύλη. Θέτοντας ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ σε απεικόνιση πραγματικού χρόνου, το T-CUP μπορεί να πυροδοτήσει μια νέα γενιά μικροσκοπίων με εφαρμογές στη βιολογία, την ιατρική, την επιστήμη υλικών κ.ά.

ΠΗΓΗ: Nature