Πειραματική κάμερα καταγράφει 156,3 τρισεκατομμύρια καρέ το δευτερόλεπτο

Η εξέλιξη αυτή αναμένεται να οδηγήσει σε σημαντικές προόδους σε ευρύ φάσμα ερευνητικών παρατηρήσεων.

Επιστήμονες δημιούργησαν μια ασύλληπτα γρήγορη επιστημονική κάμερα, η οποία καταγράφει εικόνες με ρυθμό κωδικοποίησης στα 156,3 terahertz (THz), δηλαδή ίσο με 156,3 τρισεκατομμύρια καρέ το δευτερόλεπτο. Η κάμερα αυτή, με την ονομασία SCARF (swept-coded aperture real-time femtophotography) είναι, προφανώς, πειραματική, ερευνητικής κατηγορίας και θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικές εξελίξεις σε τομείς που καταγράφουν μικρό-συμβάντα, τα οποία έρχονται και παρέρχονται πολύ γρήγορα ακόμη και για τα δεδομένα των πλέον εξελιγμένων επιστημονικών αισθητήρων που είναι διαθέσιμοι επί του παρόντος.

Η SCARF κατόρθωσε να καταγράψει με επιτυχία διαδικασίες όπως η απορρόφηση σε έναν ημιαγωγό και ο απομαγνητισμός ενός μεταλλικού κράματος. Η εξέλιξη αυτή θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους σε τομείς, από τη μελέτη των ωστικών κυμάτων μέχρι την ανάπτυξη αποτελεσματικότερων φαρμακευτικών σκευασμάτων.

Επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας ήταν ο καθηγητής Τζινγιάνκ Λιάνγκ, του καναδικού Εθνικού Ινστιτούτου Επιστημονικής Έρευνας (INRS). Είναι διεθνώς αναγνωρισμένος πρωτοπόρος της υπερταχείας φωτογράφισης και έχει βασίσει τις επιτυχίες του σε έρευνα την οποία δημοσίευσε προ εξαετίας. Τα αποτελέσματα της πρόσφατης ερευνητικής προσπάθειας δημοσιεύτηκαν στο Nature και παρουσιάστηκαν περιληπτικά σε δελτίο τύπου το οποίο εξέδωσε το INRS.

Ο καθηγητής Λιάνγκ και οι συνεργάτες του παρουσίασαν την έρευνά τους ως μια νέα προσέγγιση της υπερταχείας φωτογράφισης. Συνήθως, τα συστήματα αυτά ακολουθούν μια διαδοχική προσέγγιση: καταγράφουν ένα προς ένα τα καρέ, τα οποία συνενώνουν στη συνέχεια, ώστε να παρατηρήσουν το αντικείμενο της έρευνας σε κίνηση. Όμως, η προσέγγιση αυτή έχει ορισμένους περιορισμούς. "Λόγου χάρη, φαινόμενα όπως η κατάλυση με φωτονικά παλμικά λέιζερ, η αλληλοεπίδραση των ωστικών κυμάτων με ζωντανά κύτταρα και το οπτικό χάος είναι αδύνατο να παρατηρηθούν με αυτό τον τρόπο", ανέφερε ο καθηγητής Λιάνγκ.



Το νέο σύστημα βασίζεται στην προηγούμενη έρευνα του Λιάνγκ με στόχο την ανατροπή της παραδοσιακής λογικής στην υπερταχεία φωτογράφιση. Με εξαιρετικά απλουστευμένους όρους, η κάμερα καταγράφει πληροφορίες επιτρέποντας στο φως να εισχωρεί στον αισθητήρα της σε ελαφρώς διαφορετικούς χρόνους. Καθώς δεν υποχρεώνεται να επεξεργάζεται τα χωρικά δεδομένα τη στιγμή της καταγραφής, η κάμερα απελευθερώνεται ώστε να καταγράψει εξαιρετικά γρήγορους παλμούς λέιζερ, με ταχύτητα έως και 156,3 τρισεκατομμυρίων φορών το δευτερόλεπτο. Την επεξεργασία των δεδομένων αυτών, σε μορφή raw, αναλαμβάνει στη συνέχεια αλγόριθμος, ο οποίος αποκωδικοποιεί τις χρονικά κατατμημένες πληροφορίες, μεταμορφώνοντας κάθε ένα από τα τρισεκατομμύρια καρέ που κατέγραψε το σύστημα σε μια πλήρη, κινούμενη εικόνα.

Το εντυπωσιακό είναι πως το σύστημα αυτό δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμα οπτικά μέρη, όπως αναφέρεται στη μελέτη. Η ερευνητική ομάδα περιγράφει το SCARF ως χαμηλού κόστους και χαμηλής κατανάλωσης σύστημα, το οποίο επιτυγχάνει υψηλής ποιότητας μετρήσεις, σε σχέση με τις υφιστάμενες τεχνικές.

Παρότι το SCARF εστιάζει περισσότερο στην έρευνα, παρά στους καταναλωτές, τα μέλη της ομάδας συνεργάζονται ήδη με δύο εταιρίες, την Axis Photonique και τη Few-Cycle, προκειμένου να αναπτύξουν εμπορικές εκδόσεις, που πιθανότατα θα απευθύνονται σε επιστήμονες που εργάζονται σε άλλους πανεπιστημιακούς ή επιστημονικούς οργανισμούς.

Αναλυτικότερες τεχνικές προδιαγραφές του συστήματος καθώς και πληροφορίες για τις πιθανές εφαρμογές του περιλαμβάνονται στο πλήρες κείμενο της μελέτης, όπως δημοσιεύεται στο Nature.