Fotocamera che scatta 1 trilione di foto al secondo

Il dottor Lihong Wang ha adattato la sua tecnologia di imaging al picosecondo per scattare foto e video di oggetti trasparenti come cellule e fenomeni come onde d'urto.

Poco più di un anno fa, il dottor Lihong Wang (1) di Caltech sviluppò la fotocamera più veloce del mondo, un dispositivo in grado di scattare 10 trilioni di foto al secondo. Era così veloce che poteva persino catturare la luce che viaggia al rallentatore.

Ma a volte solo essere veloci non è abbastanza. In effetti, nemmeno la fotocamera più veloce può scattare foto di cose che non riesce a vedere. A tal fine, Lihong Wang, 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 è stato pubblicato dalla rivista Science Advances. (2)

La tecnologia della fotocamera, che il dottor Lihong Wang chiama fotografia ultraveloce compressa sensibile alla fase (pCUP), può catturare 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 apparato di imaging combina il sistema di fotografia ad alta velocità che aveva precedentemente sviluppato con una vecchia tecnologia, la microscopia a contrasto di fase, progettata per consentire un migliore imaging di oggetti per lo più trasparenti come le cellule, che sono principalmente composte di acqua.

La microscopia a contrasto di fase, inventata 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. Ad esempio, se un raggio di luce attraversa un pezzo di vetro, rallenta quando entra nel vetro e quindi accelera di nuovo quando esce. Quei cambiamenti di velocità alterano i tempi delle onde. Con l'uso di alcuni trucchi ottici è possibile distinguere la luce che è passata attraverso il vetro da quella che non lo ha fatto e il vetro, sebbene trasparente, diventa molto più facile da vedere.

«Quello che abbiamo fatto è di adattare la microscopia standard a contrasto di fase in modo da fornire imaging molto veloce che ci consente di immortalare immagini di fenomeni ultraveloci in materiali trasparenti», afferma l'ingegner Lihong Wang.

La parte del sistema di imaging veloce è costituita da un dispositivo che il dottor Lihong Wang chiama tecnologia ultraveloce compressa con codifica lossless (LLE-CUP). A differenza della maggior parte delle altre tecnologie di imaging video ultraveloce, che riprendono una serie di immagini in successione durante la ripetizione degli eventi, il sistema LLE-CUP esegue una singola ripresa catturando tutto il movimento che si verifica durante il tempo necessario per il completamento della ripresa stessa. Poiché è molto più veloce eseguire uno scatto singolo rispetto a più scatti, LLE-CUP è in grado di catturare movimenti come il movimento della luce stessa che è troppo veloce per essere ripreso da una tecnologia fotografica convenzionale.

Nel nuovo articolo, l'ingegner Lihong Wang e i suoi colleghi ricercatori dimostrano le capacità di pCUP immaginando la diffusione di un'onda d'urto attraverso l'acqua e di un impulso laser che viaggia attraverso un pezzo di materiale cristallino. Questa tecnologia, sebbene sia ancora agli inizi del suo sviluppo, potrebbe in definitiva essere utilizzata in molti campi, tra cui fisica, biologia o chimica.

Riferimenti:

(1) Lihong Wang

(2) Picosecond-resolution phase-sensitive imaging of transparent objects in a single shot

Descrizione foto: un'onda d'urto creata dall'acqua che colpisce il laser e si propaga al rallentatore, catturata da una nuova tecnologia fotografica ultraveloce. - Credit: Caltech.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Ultrafast Camera Takes 1 Trillion Frames Per Second of Transparent Objects and Phenomena