La telecamera più veloce di sempre

Con una telecamera che cattura 100 miliardi di frame al secondo puoi vedere la luce che rimbalza sugli oggetti.

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dic 9 2014, 2:21pm

Un raggio laser che rimbalza su uno specchio. Immagine: Nature

Se vi siete mai chiesti cosa sia possibile fare con una videocamera che cattura 100 miliardi di frame al secondo, non siete gli unici. Abbiamo già a disposizione videocamere che possono riprendere un proiettile che passa attraverso una mela e non va trascurato il fatto che guardare video con tantissimi frame al secondo è il passatempo preferito di molte persone. Ma cosa succede quando le migliori videocamere esistenti vengono potenziate ulteriormente?

Molte cose, a quanto pare. Puoi osservare i movimenti della luce—la puoi guardare passare attraverso e accanto agli oggetti, il che è fondamentale se si vuole trovare il modo per nascondere questi oggetti.

"Potrebbe essere possibile migliorare l'indagine in questo campo osservando come la luce si piega o viene deformata attorno a un oggetto o ci passa attraverso," ha scritto Brian Pogue, ingegnere di Darthmouth, su Nature

"Questo campo di indagine, reso famoso da Star Trek, è reale e nonostante ci siano stati molti avanzamenti nel campo della progettazione di "mantelli dell'invisibilità", l'impossibilità di osservare le interazioni tra la luce e l'oggetto da nascondere è un ostacolo importante," ha aggiunto.

E qui arrivano alla videocamera, o piuttosto alla tecnica sviluppata per creare le videocamere: si chiama Compressed Ultrafast Photography (CUP) ed è una tecnologia sviluppata da un team dell'Università di Washington di St. Louis, guidato da Lihon Wang. Utilizza la tecnologia resa famosa dalle cosiddette "streak camera" che vengono usate per visualizzare la luce. Nelle streak camera il sensore si muove lateralmente assieme alla luce—in altre parole, all'interno della videocamera un sensore o uno specchio o tutto lo strumento si muove molto, molto velocemente per creare l'immagine.

Con la CUP, i fotoni necessari per ottenere un'immagine vengono sparati attraverso un beam splitter (divisore del fascio) e poi attraverso un tubicino che contiene tanti minuscoli specchi. Questi fotoni vengono così convertiti in elettroni, che codificano le informazioni che vuoi catturare—ovvero le informazioni temporali e spaziali necessarie per creare un'immagine. Tutto ciò accade in un miliardesimo di secondo e i dati possono essere poi organizzati in un video su un computer.

È una tecnologia incredibile e piuttosto complessa. Esistevano già videocamere del genere che potevano registrare circa un miliardo di frame al secondo, ma potevano farlo solamente in una dimensione, il che significa che potevi misurare lo spazio o il tempo, ma non entrambi. E comunque il processo era abbastanza lento rispetto a quest'ultima innovazione. E non va dimenticato che molte videocamere ultraveloci richiedono che un evento si verifichi molte volte in successione per riuscire a registrarlo.

La videocamera ultraveloce di ultima generazione. Il DMD è un "digital micromirror device" Immagine: Nature

Quindi cosa è possibile fare con l'innovazione di Wang e colleghi? Oltre che guardare come la luce interagisce con gli oggetti è possibile osservare anche le comunicazioni ottiche, i fenomeni quantici e altri fenomeni del genere. Può essere usata anche per registrare processi corporei difficili o troppo veloci da riprendere con le videocamere esistenti.

Durante i primi test, Wang e colleghi, sono stati in grado di visualizzare i riflessi di impulsi laser, i fotoni che viaggiano nell'aria e attraverso la resina e "propagazioni di non-informazioni più veloci della luce" (ovvero movimenti che appaiono più veloci della luce ma che non possono trasmettere informazioni.) Può anche essere usato con un telescopio, ad esempio l'Hubble, per guardare fenomeni che avvengono nello spazio.

Ma bisogna essere onesti: non possiamo avere idea di cosa saremo in grado di vedere con una videocamera così veloce.

"Noi speriamo che la CUP permetta di fare nuove scoperte scientifiche che non possiamo neanche immaginare," ha affermato Wang. "Combinando la CUP con il telescopio Hubble, ad esempio, avremo sia la più chiara risoluzione spaziale con il telescopio che la soluzione temporale più avanzata grazie alla videocamera. Sarebbe una combinazione perfetta per scoprire nuovi fenomeni scientifici."