Nel suo tentativo di portare nel mondo fotocamere sempre più veloci, Lihong Wang di Caltech ha sviluppato una tecnologia in grado di raggiungere velocità incredibili di 70 trilioni di fotogrammi al secondo, abbastanza veloce da vedere viaggiare leggeri. Proprio come la fotocamera del tuo cellulare, anche se, può produrre solo immagini piatte.

Ora, Il laboratorio di Wang ha fatto un ulteriore passo avanti per creare una fotocamera che non solo registra video a velocità incredibilmente elevate, ma lo fa in tre dimensioni. Wang, Bren Professore di ingegneria medica e ingegneria elettrica presso il dipartimento di ingegneria medica di Andrew e Peggy Cherng, descrive il dispositivo in un nuovo articolo sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La nuova fotocamera, che utilizza la stessa tecnologia di base delle altre fotocamere compatte per fotografia ultraveloce (CUP) di Wang, è in grado di catturare fino a 100 miliardi di fotogrammi al secondo. È abbastanza veloce da scattare 10 miliardi di foto, più immagini dell'intera popolazione umana del mondo, nel tempo che impieghi a sbattere le palpebre.

Wang chiama la nuova iterazione "fotografia ultraveloce compressa stereo-polarimetrica a scatto singolo, " o SP-CUP.

Nella tecnologia CUP, tutti i fotogrammi di un video vengono catturati in un'unica azione senza ripetere l'evento. Questo rende una fotocamera CUP estremamente veloce (una buona fotocamera per cellulare può richiedere 60 fotogrammi al secondo). Wang ha aggiunto una terza dimensione a queste immagini ultraveloci facendo in modo che la fotocamera "veda" più come fanno gli umani.

Quando una persona guarda il mondo che la circonda, percepiscono che alcuni oggetti sono più vicini a loro, e alcuni oggetti sono più lontani. Tale percezione della profondità è possibile grazie ai nostri due occhi, ognuno dei quali osserva gli oggetti e l'ambiente circostante da un'angolazione leggermente diversa. Le informazioni di queste due immagini vengono combinate dal cervello in un'unica immagine 3D.

La fotocamera SP-CUP funziona essenzialmente allo stesso modo, dice Wang.

"La fotocamera è stereo ora, " dice. "Abbiamo una lente, ma funziona come due metà che forniscono due viste con un offset. Due canali imitano i nostri occhi."

Proprio come fa il nostro cervello con i segnali che riceve dai nostri occhi, il computer che esegue la telecamera SP-CUP elabora i dati da questi due canali in un film tridimensionale.

SP-CUP presenta anche un'altra innovazione che nessun essere umano possiede:la capacità di vedere la polarizzazione delle onde luminose.

La polarizzazione della luce si riferisce alla direzione in cui le onde luminose vibrano mentre viaggiano. Considera una corda di chitarra. Se la corda viene tirata verso l'alto (diciamo, con un dito) e poi rilasciato, la corda vibrerà verticalmente. Se il dito lo pizzica di lato, la corda vibrerà orizzontalmente. La luce ordinaria ha onde che vibrano in tutte le direzioni. luce polarizzata, però, è stato alterato in modo che le sue onde vibrino tutte nella stessa direzione. Ciò può avvenire con mezzi naturali, come quando la luce si riflette su una superficie, o come risultato di manipolazione artificiale, come accade con i filtri polarizzatori.

Sebbene i nostri occhi non possano rilevare direttamente la polarizzazione della luce, il fenomeno è stato sfruttato in una vasta gamma di applicazioni:dagli schermi LCD agli occhiali da sole polarizzati e alle lenti delle fotocamere nell'ottica ai dispositivi che rilevano lo stress nascosto nei materiali e le configurazioni tridimensionali delle molecole.

Wang afferma che la combinazione dell'SP-CUP di immagini tridimensionali ad alta velocità e l'uso delle informazioni di polarizzazione lo rende uno strumento potente che può essere applicabile a un'ampia varietà di problemi scientifici. In particolare, spera che aiuterà i ricercatori a comprendere meglio la fisica della sonoluminescenza, un fenomeno in cui le onde sonore creano minuscole bolle nell'acqua o in altri liquidi. Poiché le bolle collassano rapidamente dopo la loro formazione, emettono un lampo di luce.

"Alcune persone considerano questo uno dei più grandi misteri della fisica, " dice. "Quando una bolla crolla, il suo interno raggiunge una temperatura così elevata da generare luce. Il processo che fa sì che ciò accada è molto misterioso perché accade tutto così velocemente, e ci chiediamo se la nostra fotocamera può aiutarci a capirlo."