La natura è complessa, spesso troppo complessa da vedere per gli umani. Ma gli occhiali socchiusi che consentono alle persone di vedere immagini termiche 3D e una fotocamera in grado di catturare il funzionamento interno delle reazioni chimiche ad alta velocità stanno aiutando a spingere i limiti della percezione umana.

I sensi umani sono già stati altamente sintonizzati da milioni di anni di evoluzione. I nostri occhi, Per esempio, siediti davanti ai nostri volti, permettendoci di vedere in tre dimensioni, mentre le cellule della nostra retina sono sensibili alle diverse lunghezze d'onda della luce, dandoci la visione dei colori.

Ma i nostri sensi hanno dei limiti. Un proiettile in corsa, Per esempio, viaggia troppo veloce per essere visto dall'occhio umano.

"Ci sono molte cose che facciamo fatica a percepire con i sensi che abbiamo, " ha detto il professor Albrecht Schmidt, un informatico presso l'Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera, Germania e leader di un progetto chiamato AMPLIFY.

"Il nostro progetto è focalizzato sulla ricerca di modi per estendere i sensi tradizionali per migliorare la percezione umana con le tecnologie digitali".

Macchine fotografiche, Per esempio, può catturare la luce che è oltre lo spettro visibile e rivelare movimenti troppo veloci per l'occhio umano.

"La domanda è come renderli intuitivi da usare, " ha affermato il Prof. Schmidt. Molte persone si concentrano sulla creazione di impianti, lui dice, ma il problema è che non si possono togliere.

"Se hai qualcosa integrato in un paio di occhiali, che indosso senza rendermene conto per la maggior parte del tempo, potremmo amplificare i sensi solo quando necessario."

Prototipi

Prof. Schmidt, insieme ai colleghi dell'Università di Stoccarda, ha costruito una serie di prototipi per fare proprio questo.

Uno è un paio di occhiali che attiva un'immagine termica quando chi li indossa strizza gli occhi. Una fotocamera incorporata nel telaio produce immagini utilizzando la luce visibile, vicino infrarosso e lontano infrarosso. Questi danno a chi lo indossa la capacità di vedere normali scene visibili, ma anche immagini termiche tridimensionali.

Sensori in grado di rilevare i deboli segnali elettrici prodotti dai muscoli sono anche incorporati nei telai per captare i movimenti associati al restringimento o allo strabismo degli occhi.

Il team ha creato una versione che può essere integrata negli elmetti indossati dai vigili del fuoco, dando loro la possibilità di individuare incendi nascosti o trovare persone intrappolate all'interno degli edifici.

"È molto diverso dall'usare una termocamera perché devi distogliere lo sguardo attivamente per vedere cosa sta succedendo, " ha detto il Prof. Schmidt. "In questo modo puoi cambiare il modo in cui vedi molto facilmente, anche inconsciamente».

Prevede un dispositivo simile che potrebbe essere in grado di ingrandire una scena lontana o rallentare l'azione.

"Se guardo fuori dalla finestra vedo degli alberi, ma potrei strizzare gli occhi per ingrandire e vedrei un uccello su un ramo, " ha spiegato il prof. Schmidt. "Se l'uccello decolla, il mio carico cognitivo potrebbe aumentare, che potrebbe essere misurato dalla mia attività cerebrale, e questo direbbe alla telecamera di rallentare il movimento.

"Poi, quando guardo indietro al mio computer da me, potrebbe tornare alla normalità. Tutto questo accade senza che io debba pensarci molto ed è su questo controllo che ci siamo concentrati".

L'obiettivo generale del team è cercare di creare dispositivi che possano essere immediatamente intuitivi da usare o che possano diventare molto rapidamente una seconda natura.

Un altro prototipo è un paio di occhialini da nuoto che aiutano chi li indossa ad orientarsi mentre la testa è immersa nell'acqua. I nuotatori in acque libere, in particolare, possono avere difficoltà a nuotare nella giusta direzione poiché la mancanza di informazioni visive può disorientarli.

Ma montando un paio di occhiali con un accelerometro e un magnetometro, il team è stato in grado di fornire indicazioni di navigazione utilizzando luci a LED nella visione periferica.

Hanno anche testato un altro paio di occhiali che offre a chi lo indossa gli occhi nella parte posteriore della testa utilizzando telecamere per offrire una visione a 360 gradi. Visualizzando le immagini nella visione periferica, consente a chi lo indossa di individuare potenziali pericoli, come quando si attraversa la strada, e così girati a guardarli.

Ma anche se armati della più recente tecnologia fotografica, ci sono anche alcune cose che sfuggiranno ai nostri occhi. Reazioni chimiche, Per esempio, happen in time scales that are too fast to capture with modern high-speed cameras – they can be over in just a couple of trillionths (a millionth of a millionth) of a second.

Dr. Maria Ana Cataluna, a physicist at the Institute of Photonics and Quantum Sciences at Heriot-Watt University, Edinburgh, UK, is leading a project aimed at overcoming this. The UPTIME project is attempting to build the fastest camera on the planet.

By exploiting new ultrafast lasers that send a flash of light lasting just between 10-100 femtoseconds (million billionths of a second) and sampling systems that can rapidly capture the photons reflected, they hope to be able to capture events that were previously impossible for us to see.

Capture

"If we can't visualise it, we can't further understand it, " said Dr. Cataluna. "This means that the inner machinery of irreversible process widely present in physics, biology and engineering remain, in sostanza, unobservable."

Among the events she hopes to be able to capture with the new camera are high speed biochemical reactions, to help reveal their inner workings. It could also allow scientists to capture phase changes, such as the ethereal moment when a liquid turns into a gas.

And it could also help better understand what happens to a material when it is transformed using laser-based manufacturing processes. This new knowledge could be used to help optimise the processes.

"A short burst of light lasting for only one microsecond enables a fast camera to capture a bullet in mid-flight, " explained Dr. Cataluna.

"In a timescale more than six orders of magnitude below this, optical pulses with sub-picosecond or femtosecond durations enable the capture of microscopic ultrafast phenomena. We want to be able to take snapshots of these."

While she is reluctant to say too much about how the technology would work until she has filed a patent for it, she is currently developing the core components that will be necessary to build the camera. Lei spera, però, that the new ultrafast camera will become a reality within three years.

As new technology gives us the ability to perceive in ways that have never been possible before, Prof. Schmidt urges caution. He believes that once we have these devices, the digital and social divides will widen.

"We will get into a space where digital technology will create many more superpowers, and those who have it will have a great advantage.

"We will need to be careful to ensure those who cannot afford the technology are not left behind."