Sinan Saglam / EyeEmGetty Images
- Los científicos desarrollaron una nueva cámara que puede soportar 70 billones de fotogramas por segundo.
- Uno de los inventores llama al nuevo proceso de fotografía espectral ultrarrápida comprimida, o CUSP.
- El estudio aparece en la edición del 29 de abril de Comunicaciones de la Naturaleza.
Por mucho que las cámaras nos permitan experimentar fenómenos que de otro modo pasarían desapercibidos, sus velocidades de imagen todavía limitan fundamentalmente nuestra capacidad de ver, bueno, Todo. Ahora, los científicos del Instituto de Tecnología de California esperan cambiar eso.
En un nuevo artículo publicado en la revista Nature Communications, los científicos describen una nueva técnica de imagen que puede capturar un alucinante 70 Billones fotogramas por segundo.
Los desarrollos de imágenes anteriores basados en sensores de silicio han acomodado velocidades de hasta millones de fotogramas por segundo, le dice Lihong Wang, profesor de ingeniería médica e ingeniería eléctrica de Caltech, Mecánica Popular. Pero eso todavía no es lo suficientemente rápido como para observar y documentar algunas de las curiosidades más fugaces de nuestro mundo físico, desde la fusión nuclear hasta pulsos de luz ultracortos en el orden de los picosegundos (1012 segundo), a la descomposición radiactiva fluorescente de las moléculas.
Los científicos suelen estudiar estas ocurrencias ultrarrápidas activando el evento deseado varias veces y observándolo repetidamente a través de una ventana de tiempo diferente. Este enfoque no lineal, a menudo utilizado para estudiar las reacciones químicas, se denomina método de sonda de bomba. Si bien es inteligente, sigue siendo imposible renderizar imágenes de los eventos ultrarrápidos en tiempo real, lo que significa que solo las tareas repetibles pueden beneficiarse de ella.
Nature Communications
La técnica de Wang, que él llama fotografía espectral ultrarrápida comprimida (CUSP), utiliza pulsos cortos de luz láser que duran cada uno por un solo femtosegundo, o un cuatrillón de segundo. Es más fácil pensar en el proceso avanzado en dos pasos: imagen e iluminación.
En primer lugar, en la fase de imagen, un sistema de lentes intercambiables captura la escena en cuestión, dividiendo la vía de luz en dos corrientes separadas. En una de esas rutas, una cámara externa captura la imagen no dispersa. En el otro, un dispositivo digital de microesión codifica la imagen en un patrón binario pseudoaleatorio y la transmite al puerto de entrada de una cámara de raya, lo que mide la variación en un pulso de intensidad de la luz.
Las cámaras de rayas se utilizan principalmente en los sistemas LIDAR, que los coches autónomos utilizan para “ver” el mundo que los rodea.
En la sección de iluminación, un intervalo de haces rompe un pulso láser en una serie de oscilaciones más pequeñas. Cada una de las pulsaciones más pequeñas activa un sensor en la cámara, tomando una imagen. Esto ocurre 70 billones de veces por segundo.
Si bien es una cifra enorme, cada fotograma en realidad solo contiene una pequeña cantidad de datos.
“Piense en ello como una película: La frecuencia de la película no es tan larga, por lo que el número total de fotogramas no es tan largo”, dice Wang. Es como una bomba atómica, fusión nuclear. La energía total siempre se conserva, por lo que terminará rápido”.
Esta no es la primera incursión de Wang en imágenes ultrarrápida. El esfuerzo CUSP en realidad se basa en su trabajo anterior sobre la fotografía ultrarrápida comprimida sensible a la fase (pCUP). Ese método podría tomar imágenes de luz viajando en cámara lenta a 10 billones de fotogramas por segundo.
Pero el último avance es unas siete veces mejor, lo que marca la diferencia. “Estamos recibiendo más detalles finos. Usando la versión antigua, no se podía ver muy bien”, dice Wang.
Algunos laboratorios nacionales ya están utilizando versiones anteriores de la tecnología de imágenes de Wang, por lo que es sólo cuestión de tiempo antes de que suceda lo mismo con la nueva y mejorada configuración. La única barrera es que el dispositivo “no es tan barato”, dice Wang. Pero es posible que los investigadores utilicen la misma configuración exacta con una cámara más barata para obtener resultados de alta velocidad que sean satisfactorios, pero no tan rápidos como el original.
Entonces, ¿qué tan rápido será su próxima cámara?
“No creo que nadie sepa el límite todavía”, dice Wang. “Es difícil proyectar dónde podemos llegar”.
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