Poco più di un anno fa, Lihong Wang di Caltech ha sviluppato la fotocamera più veloce del mondo, un dispositivo in grado di scattare 10 trilioni di foto al secondo. È così veloce che può persino catturare la luce che viaggia al rallentatore.

Ma a volte essere veloci non basta. Infatti, nemmeno la fotocamera più veloce può scattare foto di cose che non può vedere. A quello scopo, Wang, Bren Professore di Ingegneria Medica e Ingegneria Elettrica, ha sviluppato una nuova fotocamera che può scattare fino a 1 trilione di immagini al secondo di oggetti trasparenti. Un articolo sulla fotocamera appare nel numero del 17 gennaio della rivista Progressi scientifici .

La tecnologia della fotocamera, che Wang chiama fotografia ultraveloce compressa sensibile alla fase (pCUP), può riprendere video non solo di oggetti trasparenti ma anche di cose più effimere come le onde d'urto e forse anche dei segnali che viaggiano attraverso i neuroni.

Wang spiega che il suo nuovo sistema di imaging combina il sistema di fotografia ad alta velocità che aveva precedentemente sviluppato con una vecchia tecnologia, microscopia a contrasto di fase, che è stato progettato per consentire una migliore rappresentazione di oggetti che sono per lo più trasparenti come cellule, che sono per lo più acqua.

Microscopia a contrasto di fase, inventato quasi 100 anni fa dal fisico olandese Frits Zernike, funziona sfruttando il modo in cui le onde luminose rallentano e accelerano quando entrano in materiali diversi. Per esempio, se un raggio di luce attraversa un pezzo di vetro, rallenterà quando entra nel bicchiere e poi accelera di nuovo quando esce. Questi cambiamenti di velocità alterano i tempi delle onde. Con l'utilizzo di alcuni accorgimenti ottici è possibile distinguere la luce che è passata attraverso il vetro da quella che non lo ha fatto, e il bicchiere, anche se trasparente, diventa molto più facile da vedere.

"Quello che abbiamo fatto è adattare la microscopia a contrasto di fase standard in modo che fornisca immagini molto veloci, che ci permette di visualizzare fenomeni ultraveloci in materiali trasparenti, " dice Wang.

La parte del sistema di imaging rapido è costituita da qualcosa che Wang chiama tecnologia ultraveloce compressa con codifica lossless (LLE-CUP). A differenza della maggior parte delle altre tecnologie di imaging video ultraveloci che acquisiscono una serie di immagini in successione mentre ripetono gli eventi, il sistema LLE-CUP effettua un solo scatto, catturare tutto il movimento che si verifica durante il tempo necessario per completare lo scatto. Dal momento che è molto più veloce eseguire un singolo scatto rispetto a più scatti, LLE-CUP è in grado di catturare il movimento, come il movimento della luce stessa, che è troppo veloce per essere ripreso dalla tecnologia della fotocamera più tipica.

Nel nuovo giornale, Wang e i suoi colleghi ricercatori dimostrano le capacità di pCUP mediante l'imaging della diffusione di un'onda d'urto attraverso l'acqua e di un impulso laser che viaggia attraverso un pezzo di materiale cristallino.

Wang dice che la tecnologia, anche se ancora agli inizi del suo sviluppo, può in definitiva avere usi in molti campi, compresa la fisica, biologia, o chimica.

"Mentre i segnali viaggiano attraverso i neuroni, c'è una minuscola dilatazione delle fibre nervose che speriamo di vedere. Se abbiamo una rete di neuroni, forse possiamo vedere la loro comunicazione in tempo reale, " dice Wang. Inoltre, lui dice, perché è noto che la temperatura cambia il contrasto di fase, il sistema "potrebbe essere in grado di immaginare come si diffonde un fronte di fiamma in una camera di combustione".

Il documento che descrive pCUP è intitolato "Imaging sensibile alla fase con risoluzione al picosecondo di oggetti trasparenti in un singolo scatto".