WEBVTT 00:00:01.114 --> 00:00:08.606 Během několika posledních století nám mikroskopy pomohly změnit pohled na svět. 00:00:09.036 --> 00:00:14.252 Odhalily nám miniaturní svět věcí, života a struktur, 00:00:14.252 --> 00:00:17.158 které jsou příliš malé na to, abychom je prostým okem viděli. 00:00:17.158 --> 00:00:20.177 Jsou ohromným přínosem pro vědu a techniku. 00:00:20.177 --> 00:00:23.404 Dnes vám představím nový typ mikroskopu, 00:00:23.404 --> 00:00:25.982 mikroskop změn. 00:00:25.982 --> 00:00:28.884 Nepoužívá, jako normální mikroskop, 00:00:28.884 --> 00:00:30.881 ke zvětšení malých věcí optiku, 00:00:30.881 --> 00:00:35.257 ale videokameru a techniky zpracování obrazu 00:00:35.257 --> 00:00:40.513 k odhalení těch nejmenších změn v pohybu a barvách věcí i lidí. 00:00:40.513 --> 00:00:44.355 Změn tak malých, že je lidské oko nepostřehne. 00:00:44.355 --> 00:00:48.475 To nám umožňuje se na svět dívat úplně novým způsobem. NOTE Paragraph 00:00:48.475 --> 00:00:50.385 Co mám na mysli tou změnou barvy? 00:00:50.385 --> 00:00:53.217 Například naše kůže mění lehounce svou barvu, 00:00:53.217 --> 00:00:55.214 když pod ní protéká krev. 00:00:55.214 --> 00:00:57.618 Tato změna je neuvěřitelně drobná, 00:00:57.618 --> 00:00:59.674 a proto, když se díváme na ostatní lidi, 00:00:59.674 --> 00:01:01.925 když se podíváte na člověka, co sedí vedle vás, 00:01:01.925 --> 00:01:05.500 tak nezpozorujete v jeho obličeji ani na kůži žádnou změnu barvy. 00:01:05.500 --> 00:01:09.860 Když si přehrajeme video Steva, tak nám připadá jako statický obraz; 00:01:09.860 --> 00:01:13.720 ale když se na toto video podíváme naším novým speciálním mikroskopem, 00:01:13.720 --> 00:01:16.320 najednou vidíme jinou věc. 00:01:16.320 --> 00:01:20.250 To, co vidíme, jsou malé změny v barvě Steveova obličeje, 00:01:20.250 --> 00:01:24.686 stokrát zvětšené, a tedy pro nás viditelné. 00:01:24.686 --> 00:01:27.953 Můžeme dokonce i vidět jeho puls. 00:01:27.953 --> 00:01:31.180 Můžeme nejen vidět, jak rychle Steveovo srdce bije, 00:01:31.180 --> 00:01:36.535 ale též kudy přesně krev proudí v jeho obličeji. 00:01:36.544 --> 00:01:39.175 Náš mikroskop můžeme použít nejen k vizualizaci tepu, 00:01:39.175 --> 00:01:42.646 ale též ke zjištění srdečního rytmu 00:01:42.646 --> 00:01:44.439 a jeho změření. 00:01:44.439 --> 00:01:48.892 A zvládáme to s pomocí normálních kamer, bez dotyku s pacientem. 00:01:48.892 --> 00:01:54.509 Tady vidíte tep a srdeční rytmus, který jsme změřili u kojence 00:01:54.509 --> 00:01:57.390 z videa pořízeného normální DSLR kamerou. 00:01:57.390 --> 00:01:59.206 Takto získané měření 00:01:59.206 --> 00:02:03.887 je stejně přesné jako měření získané ze srdečního monitoru v nemocnici. 00:02:03.887 --> 00:02:06.819 Dokonce to ani nemusí být video, které jsme sami nahráli. 00:02:06.819 --> 00:02:09.654 Zvládneme to i s cizími videi. 00:02:09.654 --> 00:02:13.555 Tady jsem jen vzal krátký záběr z filmu "Batman začíná", 00:02:13.555 --> 00:02:15.459 abych ukázal puls Christiana Balea. 00:02:15.459 --> 00:02:17.281 (Smích) 00:02:17.281 --> 00:02:19.404 Víte, patrně má na sobě makeup, 00:02:19.404 --> 00:02:21.357 takže světlo je zde trochu problematické, 00:02:21.357 --> 00:02:24.308 ale stejně, jen z tohoto videa, jsme vyextrahovali jeho puls 00:02:24.308 --> 00:02:26.326 a názorně ho ukázali. NOTE Paragraph 00:02:26.326 --> 00:02:28.246 Takže jak to vše dokážeme? 00:02:28.246 --> 00:02:32.844 V podstatě analyzujeme změny světla v záznamu, 00:02:32.844 --> 00:02:35.115 pro každý pixel v průběhu času, 00:02:35.115 --> 00:02:36.913 a pak tyto změny zvětšíme. 00:02:36.913 --> 00:02:39.075 Zvětšíme je, abychom je lépe viděli. 00:02:39.075 --> 00:02:40.977 Záludná část je, že ty signály, 00:02:40.977 --> 00:02:43.910 ty změny, co se snažíme změřit, jsou extrémně malé, 00:02:43.910 --> 00:02:46.689 takže je musíme opatrně oddělit 00:02:46.689 --> 00:02:50.520 od šumu, který je vždy ve videích přítomen. 00:02:50.520 --> 00:02:53.515 Proto používáme chytré techniky zpracování obrazu, 00:02:53.515 --> 00:02:57.509 abychom získali velmi přesně barvu každého pixelu ve videu. 00:02:57.509 --> 00:03:00.179 Z toho zjistíme, jak se ta barva v průběhu času mění, 00:03:00.179 --> 00:03:02.872 a nakonec tyto změny zvětšíme. 00:03:02.872 --> 00:03:06.852 Zvětšíme je, abychom vytvořili takto vylepšená videa, 00:03:06.852 --> 00:03:09.024 která názorně ukazují změny. NOTE Paragraph 00:03:09.024 --> 00:03:13.262 Ale ukázalo se, že můžeme udělat to samé nejen k zobrazení změn barev, 00:03:13.262 --> 00:03:15.503 ale též miniaturních pohybů. 00:03:15.503 --> 00:03:19.079 A to díky tomu, že světlo, které kamera zaznamená, 00:03:19.079 --> 00:03:21.889 se změní nejen tehdy, když objekt změní barvu, 00:03:21.889 --> 00:03:24.257 ale i když se pohne. 00:03:24.257 --> 00:03:27.893 Tady je má dcera, když jí byly asi dva měsíce. 00:03:27.893 --> 00:03:30.892 Toto video jsem pořídil asi tak tři roky zpátky. 00:03:30.892 --> 00:03:34.100 Jako čerství rodiče si chceme být jistí, že jsou naše děti zdravé, 00:03:34.100 --> 00:03:36.642 že dýchají a že jsou naživu. 00:03:36.642 --> 00:03:38.784 Pořídil jsem si baby monitor, 00:03:38.784 --> 00:03:41.253 abych mohl vidět dceru, když spí. 00:03:41.253 --> 00:03:44.780 Toto je v podstatě to samé, co uvidíte se standardním monitorem. 00:03:44.780 --> 00:03:48.462 Vidíte, že díte spí, ale víc informací se nedozvíte. 00:03:48.474 --> 00:03:50.078 Moc toho nelze vidět. 00:03:50.078 --> 00:03:52.902 Nebylo by lepší, víc informativní či užitečné, 00:03:52.902 --> 00:03:55.892 kdybychom se na to mohli podívat takto? 00:03:55.892 --> 00:04:02.248 Tady jsem zvětšil všechny pohyby třicetkrát, 00:04:02.248 --> 00:04:06.074 a teď můžete jasně vidět, že má dcera je skutečně živá a že dýchá. 00:04:06.074 --> 00:04:08.327 (Smích) 00:04:08.327 --> 00:04:10.249 Tady je porovnání vedle sebe. 00:04:10.249 --> 00:04:12.732 A znovu, v původním videu, 00:04:12.732 --> 00:04:14.368 toho není příliš vidět. 00:04:14.368 --> 00:04:18.075 Ale jakmile zvětšíme změny, dýchání je mnohem viditelnější. 00:04:18.075 --> 00:04:20.145 A jak se ukazuje, existuje spousta věcí, 00:04:20.145 --> 00:04:23.768 které můžeme ukázat a zvětšit naším novým pohybovým mikroskopem. 00:04:23.768 --> 00:04:28.332 Můžeme vidět, jak naše žíly a cévy pulzují. 00:04:28.332 --> 00:04:30.960 Můžeme vidět, že se naše oči stále pohybují 00:04:30.960 --> 00:04:32.847 v tomto viklavém pohybu. 00:04:32.847 --> 00:04:34.356 Toto je mé oko. 00:04:34.356 --> 00:04:37.421 Video bylo též pořízeno krátce poté, co se má dcera narodila, 00:04:37.421 --> 00:04:41.623 takže můžete vidět, že jsem toho moc nenaspal. (Smích) 00:04:41.623 --> 00:04:44.339 I o člověku, který v klidu sedí, 00:04:44.339 --> 00:04:46.383 je hodně informací, které můžeme získat: 00:04:46.383 --> 00:04:49.912 jeho vzor dýchání či malé výrazy tváře. 00:04:49.912 --> 00:04:51.537 Možná můžeme využít tyto pohyby, 00:04:51.537 --> 00:04:54.691 aby nám prozradili něco o našich myšlenkách či emocích. 00:04:54.691 --> 00:04:57.946 Můžeme též zvětšit malé mechanické pohyby, 00:04:57.946 --> 00:04:59.501 jako vibrace motorů, 00:04:59.501 --> 00:05:03.193 což může pomoci inženýrům detekovat a diagnostikovat problémy se stroji, 00:05:03.193 --> 00:05:07.931 nebo vidět budovy a stavby, jak se kývají ve větru. 00:05:07.931 --> 00:05:12.512 To jsou všechno věci, které dnes umíme měřit různými způsoby, 00:05:12.512 --> 00:05:14.965 ale měření pohybů je jedna věc, 00:05:14.965 --> 00:05:17.241 zatímco schopnost vidět, jak se právě dějí, 00:05:17.241 --> 00:05:19.795 je věc úplně jiná. NOTE Paragraph 00:05:19.795 --> 00:05:22.836 Jakmile jsme vytvořili tuto novou technologii, 00:05:22.836 --> 00:05:26.789 zpřístupnili jsme ji online, aby i ostatní ji mohli vyzkoušet a experimentovat s ní. 00:05:26.789 --> 00:05:28.664 Je velmi jednoduché ji použít. 00:05:28.664 --> 00:05:30.708 Umí pracovat s vašimi vlastními videi. 00:05:30.708 --> 00:05:33.901 Naši kolegové z Quanta Research dokonce vytvořili tuto stránku, 00:05:33.901 --> 00:05:36.579 kde můžete nahrát svá videa a zpracovat je online, 00:05:36.579 --> 00:05:40.395 takže i pokud nemáte žádné zkušenosti s informatikou či programováním, 00:05:40.395 --> 00:05:43.331 můžete snadno experimentovat s naším novým mikroskopem. 00:05:43.331 --> 00:05:45.735 Chtěl bych vám ukázat pár příkladů toho, 00:05:45.735 --> 00:05:48.470 jak ostatní experimentovali. NOTE Paragraph 00:05:48.470 --> 00:05:53.787 Toto video bylo vytvořeno uživatelem YouTube s přezdívkou Tamez85. 00:05:53.787 --> 00:05:55.250 Nevím, kdo ten uživatel je, 00:05:55.250 --> 00:05:57.595 ale on nebo ona použil náš program 00:05:57.595 --> 00:06:01.310 ke zvětšení malých pohybů břicha během těhotenství. 00:06:01.310 --> 00:06:02.912 Je to trochu strašidelné. 00:06:02.912 --> 00:06:04.525 (Smích) 00:06:04.525 --> 00:06:09.486 Lidé náš program použili ke zvětšení pulzujících žil v rukách. 00:06:09.486 --> 00:06:13.268 A jak víte, nic není skutečná věda, dokud nepoužijete morčata. 00:06:13.268 --> 00:06:16.658 Toto morče se patrně jmenuje Tiffany. 00:06:16.658 --> 00:06:19.607 Tento uživatel YouTube tvrdí, že je to první hlodavec na Zemi, 00:06:19.607 --> 00:06:22.295 jehož pohyb byl takto zvětšen. NOTE Paragraph 00:06:22.295 --> 00:06:24.483 Lze vytvořit i nové umění. 00:06:24.483 --> 00:06:27.501 Toto video mi zaslala studentka designu z univerzity Yale. 00:06:27.501 --> 00:06:29.638 Chtěla vidět, jestli jsou rozdíly v tom, 00:06:29.638 --> 00:06:31.160 jak se její spolužáci pohybují. 00:06:31.160 --> 00:06:35.369 Nechala je všechny v klidu stát, a pak zvětšila jejich pohyby. 00:06:35.369 --> 00:06:38.747 Je to jako vidět fotografii ožít. 00:06:38.747 --> 00:06:41.180 A skvělá věc na všech těchto příkladech je, 00:06:41.180 --> 00:06:43.476 že my s nimi nemáme nic společného. 00:06:43.476 --> 00:06:47.330 My jsme jen zpřístupnili nový nástroj, nový způsob, jak se dívat na svět, 00:06:47.330 --> 00:06:52.462 a potom lidé přišli s novými, zajímavými a kreativními způsoby, jak jej využít. NOTE Paragraph 00:06:52.462 --> 00:06:54.226 Ale my jsme u toho nezůstali. 00:06:54.226 --> 00:06:57.477 Tento nástroj nám nejen dává nový pohled na svět, 00:06:57.477 --> 00:06:59.845 ale také redefinuje to, co umíme dělat, 00:06:59.845 --> 00:07:03.026 a posouvá limity toho, co zvládneme s kamerou. 00:07:03.026 --> 00:07:05.255 Takže jsme jako vědci začali bádat: 00:07:05.255 --> 00:07:09.040 jaké další fyzikální jevy produkují miniaturní pohyby, 00:07:09.040 --> 00:07:11.943 které by naše kamery mohly zachytit? 00:07:11.943 --> 00:07:15.944 A jeden z těchto jevů, kterému se v poslední době věnujeme, je zvuk. 00:07:15.944 --> 00:07:18.049 Zvuk jsou ve své podstatě změny v tlaku, 00:07:18.049 --> 00:07:20.232 které se pohybují vzduchem. 00:07:20.232 --> 00:07:23.853 Tyto tlakové vlny narážejí do předmětů a vytváří v nich malé vibrace, 00:07:23.853 --> 00:07:26.385 díky kterým slyšíme a zaznamenáváme zvuk. 00:07:26.385 --> 00:07:30.053 Ale ukazuje se, že zvuk produkuje i vizuální pohyby. 00:07:30.053 --> 00:07:32.886 Tyto pohyby nejsou viditelné pro nás, 00:07:32.886 --> 00:07:35.887 ale jsou viditelné pro kameru se správným zpracováním. 00:07:35.887 --> 00:07:37.460 Takže tady máme dva příklady. 00:07:37.460 --> 00:07:40.074 Tady prezentuji své skvělé pěvecké schopnosti. 00:07:41.064 --> 00:07:42.698 (Zpěv) 00:07:42.698 --> 00:07:44.134 (Smích) 00:07:44.134 --> 00:07:47.120 Vytvořil jsem vysokorychlostní video svého krku. 00:07:47.120 --> 00:07:48.884 Pokud se na něj podíváme, 00:07:48.884 --> 00:07:50.960 moc toho neuvidíme, 00:07:50.960 --> 00:07:55.292 ale pokud zvětšíme pohyby stokrát, můžeme je vidět na krku spolu s vlnami, 00:07:55.292 --> 00:07:58.566 které souvisí s tvorbou zvuku. 00:07:58.566 --> 00:08:01.306 Ten signál je tam, ve videu. NOTE Paragraph 00:08:01.306 --> 00:08:03.976 Též víme, že zpěváci zvládnou rozbít sklenici, 00:08:03.976 --> 00:08:05.439 pokud trefí správný tón. 00:08:05.439 --> 00:08:07.204 Takže tady pouštíme tón, 00:08:07.204 --> 00:08:09.730 který má rezonanční frekvenci sklenice, 00:08:09.730 --> 00:08:11.778 do reproduktoru vedle ní. 00:08:11.778 --> 00:08:16.197 Po zapnutí a zvětšení pohybů 250 krát 00:08:16.197 --> 00:08:18.535 můžeme jasně vidět, jak sklo vibruje 00:08:18.535 --> 00:08:22.105 a rezonuje kvůli zvuku. 00:08:22.105 --> 00:08:24.525 To není něco, co vidíte každý den. 00:08:24.525 --> 00:08:28.054 Ale to nás donutilo se zamyslet. A přivedlo nás to k šílenému nápadu. 00:08:28.054 --> 00:08:33.662 Můžeme otočit tento proces a získat zvuk z videa tím, 00:08:33.662 --> 00:08:37.697 že zanalyzujeme miniaturní vibrace, vytvořené zvukovými vlnami v objektech, 00:08:37.697 --> 00:08:42.474 a převést je zpět na zvuk? 00:08:42.474 --> 00:08:46.931 Tímto způsobem můžeme proměnit obyčejné věci v mikrofony. NOTE Paragraph 00:08:46.931 --> 00:08:49.163 A přesně to jsme udělali. 00:08:49.163 --> 00:08:51.979 Tady máme prázdný obal od čipsů ležící na stole 00:08:51.979 --> 00:08:54.804 a my ho proměníme v mikrofon tím, 00:08:54.804 --> 00:08:56.395 že ho nahrajeme videokamerou 00:08:56.395 --> 00:08:59.623 a zanalyzujeme miniaturní pohyby vytvořené zvukem. 00:08:59.623 --> 00:09:02.419 Tento zvuk jsme přehráli v místnosti. NOTE Paragraph 00:09:02.419 --> 00:09:06.853 (Hudba: "Mary Had a Little Lamb") NOTE Paragraph 00:09:10.007 --> 00:09:13.032 Nahráli jsme vysokorychlostní video obalu od chipsů. 00:09:13.032 --> 00:09:14.306 Hudba zase hraje. 00:09:14.306 --> 00:09:18.692 Na tom videu nemáte šanci nic zpozorovat, 00:09:18.706 --> 00:09:21.690 ale tady je zvuk, který jsme zrekonstruovali z toho videa 00:09:21.690 --> 00:09:23.873 analýzou miniaturních pohybů. NOTE Paragraph 00:09:23.873 --> 00:09:26.682 (Hudba: "Mary Had a Little Lamb") NOTE Paragraph 00:09:40.985 --> 00:09:42.471 Říkáme tomu - díky. 00:09:42.471 --> 00:09:47.696 (Potlesk) 00:09:49.878 --> 00:09:52.223 Říkáme tomu vizuální mikrofon. 00:09:52.223 --> 00:09:55.613 Opravdu extrahujeme zvukový signál ze signálu videa. 00:09:55.613 --> 00:09:58.794 Abyste měli představu o velikosti pohybů, které se zde odehrávají: 00:09:58.799 --> 00:10:04.135 velmi hlasitý zvuk způsobí, že se ten obal pohne o méně než mikrometr. 00:10:04.135 --> 00:10:06.874 To je tisícina milimetru. 00:10:06.874 --> 00:10:10.435 Tak miniaturní pohyby teď zvládneme rozeznat 00:10:10.435 --> 00:10:13.678 pouhým pozorováním odrazů světla od objektů 00:10:13.678 --> 00:10:15.814 našimi kamerami. NOTE Paragraph 00:10:15.814 --> 00:10:19.064 Můžeme získat zvuk i z jiných předmětů, třeba květin. NOTE Paragraph 00:10:19.064 --> 00:10:25.380 (Hudba: "Mary Had a Little Lamb") NOTE Paragraph 00:10:27.214 --> 00:10:29.211 Zvládneme též extrahovat řeč. 00:10:29.211 --> 00:10:31.788 Tady v místnosti hovoří člověk. NOTE Paragraph 00:10:31.788 --> 00:10:35.991 Hlas: Mary měla jehňátko s vlnou bílou jako sníh, 00:10:35.991 --> 00:10:40.221 a všude kam Mary šla, jehňátko šlo s ní. NOTE Paragraph 00:10:40.221 --> 00:10:42.980 Michael Rubinstein: Tady je ta řeč získaná 00:10:42.980 --> 00:10:46.254 z videa z obalu od chipsů. NOTE Paragraph 00:10:46.254 --> 00:10:51.085 Hlas: Mary měla jehňátko s vlnou bílou jako sníh, 00:10:51.085 --> 00:10:55.944 a všude kam Mary šla, jehňátko šlo s ní. NOTE Paragraph 00:10:55.944 --> 00:10:58.290 MR: Použili jsme "Mary Had a Little Lamb", 00:10:58.290 --> 00:11:00.413 protože to měla být první slova, 00:11:00.413 --> 00:11:04.574 která pronesl Thomas Edison do svého fonografu v roce 1877. 00:11:04.574 --> 00:11:07.802 Byl to první zaznamenaný zvuk v historii. 00:11:07.802 --> 00:11:11.129 V podstatě navedl zvuk na membránu, 00:11:11.129 --> 00:11:15.208 která rozvibrovala jehlu a ta vyryla zvuk na alobal, 00:11:15.208 --> 00:11:17.483 který byl obalen kolem válečku. NOTE Paragraph 00:11:17.483 --> 00:11:23.426 Zde je ukážka záznamu a přehrání zvuku Edisonovým fonografem. NOTE Paragraph 00:11:23.426 --> 00:11:26.446 (Video) Hlas: Test, test, jedna dvě tři. 00:11:26.446 --> 00:11:29.859 Mary měla jehňátko s vlnou bílou jako sníh, 00:11:29.859 --> 00:11:33.528 a všude kam Mary šla, jehňátko šlo s ní. 00:11:33.528 --> 00:11:36.268 Test, test, jedna dvě tři. 00:11:36.268 --> 00:11:40.424 Mary měla jehňátko s vlnou bílou jako sníh, 00:11:40.424 --> 00:11:45.648 a všude kam Mary šla, jehňátko šlo s ní. NOTE Paragraph 00:11:45.648 --> 00:11:49.665 MR: A nyní, o 137 let později, 00:11:49.665 --> 00:11:53.752 můžeme získat zvuk v podobné kvalitě 00:11:53.752 --> 00:11:57.831 pouhým pozorováním objektů kamerou, jak kvůli zvuku vibrují, 00:11:57.831 --> 00:11:59.765 a dokonce to zvládneme s kamerou 00:11:59.765 --> 00:12:03.999 vzdálenou 4.5 metru, za zvukotěsným sklem. NOTE Paragraph 00:12:03.999 --> 00:12:07.219 V tomto případě jsme zvládli zrekonstruovat tento zvuk. NOTE Paragraph 00:12:07.219 --> 00:12:12.513 Hlas: Mary měla jehňátko s vlnou bílou jako sníh, 00:12:12.513 --> 00:12:17.272 a všude kam Mary šla, jehňátko šlo s ní. NOTE Paragraph 00:12:17.404 --> 00:12:21.034 MR: První využití, které napadne každého, je odposlech. 00:12:21.034 --> 00:12:24.029 (Smích) 00:12:24.029 --> 00:12:28.085 Ale může to být dobré i pro jiné věci. 00:12:28.085 --> 00:12:30.925 Možná díky tomu například zvládneme v budoucnu 00:12:30.925 --> 00:12:33.177 zrekonstruovat zvuk napříč vesmírem, 00:12:33.177 --> 00:12:36.753 neboť zvuk se ve vesmíru nešíří, ale světlo ano. NOTE Paragraph 00:12:36.753 --> 00:12:39.157 Jen začínáme objevovat 00:12:39.157 --> 00:12:42.176 další využití této nové technologie. 00:12:42.176 --> 00:12:45.278 Díky ní lze vidět fyzické procesy, o kterých víme, že existují, 00:12:45.278 --> 00:12:48.564 ale které jsme zatím nebyli schopni pozorovat vlastníma očima. NOTE Paragraph 00:12:48.564 --> 00:12:49.768 Toto je náš tým. 00:12:49.768 --> 00:12:52.647 Vše, co jsem vám dnes ukázal, je výsledkem spolupráce 00:12:52.647 --> 00:12:54.838 s touto skvělou skupinou lidí 00:12:54.838 --> 00:12:58.005 a já vám doporučuji navštívit naši internetovou stránku, 00:12:58.005 --> 00:12:59.451 vyzkoušejte si to sami, 00:12:59.451 --> 00:13:02.423 a pojďte s námi objevovat svět miniaturních pohybů. NOTE Paragraph 00:13:02.423 --> 00:13:04.048 Díky. NOTE Paragraph 00:13:04.048 --> 00:13:05.302 (Potlesk)