طی صده های گذشته میکروسکوپها در جهان ما انقلابی بوجود اورده اند
انها جهان کوچکی را از اشیا و ساختارها به ما نشان میدهند
که نمیتوان با چشم غیر مسلح دید
وسهم بسیار بزرگی در پیشرفت علم و تکنولوژی داشته اند.
امروز من نوع جدیدی ازمیکروسکوپ را معرفی کنم،
میکروسکوپی برای تغییرات،
که مانند میکروسکوپی معمولی،
برای بزرگنمایی ازفیزیک نوراستفاده نمیکند،
بلکه در عوض از یک دوربین تصویربرداری و پردازشگر تصویر
برای نشان دادن کوچکترین حرکت و تغییرات رنگ در اشیا و انسانها،
و تغییراتی که با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیستند.
و به ما امکان میدهد با دیدی کاملا متفاوت به جهان بنگریم.
ولی منظور من از تغییرات رنگی چیست؟
مثلا پوست ما به اهستگی تغییر رنگ میدهد،
زمانی که خون زیرش جریان دارد
و این تغییر بطور باور نکردنی ظریف است،
به همین دلیل وقتی به دیگران
یا کسانی که در کنارتان نشسته اند نگاه میکنید،
متوجه تغیییررنگ پوست و چهره شان نمیشوید.
اگر به این ویدیویSteve نگاه کنیم، بنظرمان تصویری ثابت می اید،
ولی اگر به همان ویدیو از طریق میکروسکوپ مخصوص جدیدمان نگاه کنیم،
ناگهان تصویر کاملا متفاوتی خواهیم دید.
شما اکنون تغییرات جزیی رنگ پوست او را میبینید،
که صد برابر بزرگتر شده تا بهتر دیده شود.
در واقع ما ضربان یک انسان را مشاهده میکنیم.
میتوانیم ببینیم قلب او با چه شدتی می تپد
بعلاوه میتوانیم ببینیم خون چگونه در رگهای صورتش جریان میابد.
نه تنها برای مشاهده ضربان قلب
بلکه در واقع میتوان سرعت ضربانمان را بهبود بخشیده،
و ان را اندازه گیری کرد.
البته این کار بدون تماس با بیمارا ن وتنها به کمک دوربین معمولی امکان پذیر است.
این ویدیویی ازطپش و ضربان قلب یک نوزاد است
که بوسیله یک دوربین معمولی DSLR گرفته شده،
واین اندازه گیری ضربان قلب
به همان دقتی است که دستگاههای مانیتور استاندارد بیمارستانها ثبت میکنند.
و حتی لازم نیست که با ویدیوی ما گرفته شود،
بلکه اساسا با هر ویدیوی دیگری نیز قابل انجام است.
من اینجا تنها یک قسمت کوتاهی از فیلم "Batman Begins" را انتخاب کردم
تا فقط ضربان Christian Bale را نشان دهم
{خنده تماشاگران}
احتمالا متوجه شده اید که او ارایش دارد،
و نورپردازی مقداری مشکل ساز شده،
ولی هنوز، تنها از طریق ویدیو، میتوانیم ضربانش را ثبت کرده،
و بخوبی نشان دهیم.
بس ما این کارها را چطور انجام میدهیم؟
ما اساسا در طول زمان تغییرات نور را که در هر پیکسل ثبت شده
تجزیه و تحلیل کرده ،
و سپس آن تغییرات را تشدید کرده،
و بزرگتر میکنیم تا قابل مشاهده شوند.
نکته ظریف اینجاست که ان سیگنالها،
یعنی انهایی که ما بدنبالشان هستیم بسیاردقیق و حساسند،
بنابراین باید هنگام جدا کردنشان از صداهای اضافه ای که همیشه در ویدیوها است،
بسیار مراقب بود.
پس در هر ویدیو برای اندازه گیری صحیح رنگ در هر پیکسل،
از روشهای دقیق پردازش تصویر
و چگونگی تغییر رنگ در طول زمان استفاده کرده،
ان تغییرات را تقویت و بزرگتر میکنیم،
تا ان ویدیوهای تقویت شده یا بزرگنمایی شده را،
که در واقع آن تغییرات را نشان میدهند ایجاد کنیم.
ولی ظاهرا ما با این روش میتوانیم نه تنها تغییراتی را در رنگ،
بلکه در حرکات بسیارریز نیز نشان دهیم،
زیرا نوری که در دوربین ما ثبت شده،
نه تنها با تغییر رنگ شی
بلکه با حرکت ان شی نیز تغییر میکند.
این دختر من در دو ماهگی است.
من این ویدیو را حدودا سه سال پیش ضبط کردم.
ما هم مثل همه پدر و مادرهای جوان میخواستیم مطمین شویم که فرزندانمان سالمند،
نفس میکشند، و مسلما زنده اند.
پس من هم یک مانیتور نوزاد خریدم،
تا بتوانم دخترم رادر حال خواب ببینم.
این تقریبا همان چیزی است که از طریق این مانیتورهای استاندارد میتوان دید.
شما میتوانید کودک را خوابیده ببینید ولی اطلاعات بیشتری وجود ندارد.
و نمیتوان چیز زیادی دید.
آیا بهتر، مفید تر و پرمعنی تر نبود
اگرمیتوانستیم چنین دیدی داشته باشیم
پس اینجا حرکات را ۳۰ برابر بزرگنمایی کردم،
و توانستم به وضوح ببینم که دخترم واقعا زنده است و نفس میکشد.
(صدای خنده)
این یک مقایسه عینی است.
پس دوباره، درویدیوی اولیه و اصلی،
نمیتوانیم چیز زیادی ببینیم،
ولی وقتی حرکات را بزرگنمایی میکنیم، نفس کشیدن بخوبی دیده میشود.
و بنظر میرسد که با میکروسکوپ حرکتی جدید میتوانیم پدیده ها
و اثاربسیاری را بزرگنمایی کرده و نشان دهیم
میتوانیم نحوه ضربان سرخرگها
و سیاهرگهای بدنمان رامشاهده کنیم.
میتوانیم ببینیم که چشمهایمان دایما در حرکت اند
حرکتی متزلزل.
و این در واقع چشم من است ،
و این ویدیو نیز درست بعد از تولد دخترم گرفته شده،
و میبینید که خوب نخوابیده بودم.
{صدای خنده }
حتی وقتی یک نفر بی حرکت نشسته،
میتوانیم اطلاعات زیادی در مورد الگوی تنفس
و تغییرات جزیی حالات صورتش استخراج کنیم
شاید بتوان از این حرکات استفاده کنیم و
اطلاعاتی درمورد افکار یا احساساتمان بیابیم
میتوانیم حرکات اندک مکانیکی را بزرگنمایی کنیم ،
مثل ارتعاشات موتورها،
که به مهندسان کمک کند تا مشکلا ت ماشینها را پیدا و برطرف کنند،
یا ببینند ساختمانها وسازه ها چگونه در باد نوسان دارند
و به نیروهاعکس العمل نشان میدهند
تمام اینها چیزهایی هستند که جامعه ما به روشهای مختلفی اندازه گیری میکند،
ولی اندازه گیری ان حرکات یک مطلب
و مشاهده انها هنگامی که رخ میدهند
مطلبی است بسیار متفاوت.
از وقتی این تکنولوژی جدید را کشف کرده ایم،
کدهایمان را بصورت انلاین در اختیار همگان قرار دادیم تا از آن استفاده کنند.
کار با ان بسیار ساده است .
روی ویدیوهای خودتان هم کار میکند.
همکاران ما در مرکزQuanta Research حتی یک وبسایت خوب هم طراحی کرده اند
که میتوانید ویدیوهای خودتان را اپلود کرده و انلاین پردازش کنید،
بنابراین شما حتی بدون داشتن هیچ تجربه ای در کامپیوتر
میتوانید به اسانی با این میکروسکوپ کار کنید.
من میخواهم چند نمونه از کارهایی را که دیگران با ان انجام داده اند
به شما نشان دهم.
این ویدیو را یک کاربر یوتیوب به نام Tamez85 گرفته.
من او را نمیشناسم،
ولی هر که باشد ، زن یا مرد از کدهای ما استفاده کرده
تا حرکات کند روی شکم را در زمان حاملگی بزرگنمایی کند.
کمی ترسناکه .
(صدای خنده)
بعضی از ان برای بزرگنمایی ضربان رگهای دستشان استفاده کرده اند.
البته میدانید که تا ازمایشی روی خوکچه هندی انچام نگیرد علمی نیست،
و این خوکچه هندی دراینجا نامش Tiffany است،
و این کاربر You Tube ادعا میکند که او اولین جانور جونده روی زمین است
که حرکاتش بزرگنمایی شده.
میتوانید با این وسیله کار هنری انجام دهید.
این ویدیو را یک دانشجوی طراحی در Yale برای من فرستاده.
او میخواسته ببیند ایا در نوع حرکت همکلاسیهایش
تفاوتی وجود دارد؟
از انها خواسته تا ساکن بایستند، و سپس حرکاتشان را بزرگنمایی کرده.
مانند این است که تمام تصاویر زنده شده اند.
و نکته جالب در تمام این نمونه ها این است
که ما در واقع کاری با انها انجام نداده ایم.
ما تنها وسیله جدیدی را تهیه کرده ایم، روش نویی برای نگاه به جهان ،
و بعدا دیگران راههای جالب، نو و خلاقانه ای در بکارگیری ان یافته اند.
ولی ما اینجا کار را متوقف نکردیم
این وسیله نه تنها دید جدیدی از جهان به ما ارایه میدهد،
بلکه تعریفی نو از آنچه برای ما امکان پذیر است ایجاد میکند
و از انچه ما میتوانیم با دوربنهایمان انچام دهیم فراتر میرود
پس از دید علمی میخواستیم بدانیم چه نوع پدیده های دیگر فیزیکی
حرکات ریزی را ایجاد میکنند
که بتوانیم با دوربینهایمان اندازه گیری کنیم؟
یکی از این پدیده ها که ما اخیرا روی ان متمرکز شده ایم صدا است.
همانطور که همه میدانیم، صدا تغییراتی در فشار هوا است
که در هوا جریان میابد.
ان موجهای فشار به اشیا برخورد کرده و در انها لرزشی ایجاد میکند،
که باعث میشود ما ان صدارا بشنویم و ضبط کنیم.
ولی بنظر میرسد که صدا حرکت قابل مشاهده ای نیز تولید میکند.
که برای ما قابل دیدن نیستند
ولی با یک دوربین و پردازش صحیح میتوانند دیده شوند.
اینجا دو نمونه است.
این من هستم که هنر اواز خودم را نشان میدهم.
{صدای اواز}
{صدای خنده }
و هنگامی که زمزمه میکردم یک ویدیو با سرعت بالا از گلوی خودم گرفته ام.
حالا اگر به ان ویدیو با دقت نگاه کنید، چیز زیادی نمیبینید.
ولی وقتی حرکات را ۱۰۰ برابر بزرگ کنیم، نمام حرکات و لرزشهای روی گردن را که
در ایجاد صدا نقش دارند میتوانیم ببینیم.
ان سیگنال در ان ویدیو است.
ما همچنین میدانیم که خواننده ها اگرنتی را صحیح به ضرب در اورند
میتوانند یک گیلاس نازک را بشکنند.
ما حالا از طریق یک بلند گو که در کنار یک لیوان گذاشته ایم
یک نتی را مینوازیم که در فرکانس طنین ان لیوان است.
زمانی که ما ان نت را نواخته و حرکات را ۲۵۰ برابر بزرگنمایی میکنیم،
بخوبی میبینیم که لیوان چطور میلرزد
ودر پاسخ، صدا را منعکس میکند.
شما هر روزه با چنین چیزی روبرو نمی شوید.
ولی این ما را به فکر وا میدارد.
ایا میتوانیم این روند را برعکس کنیم و با انالیز کردن ارتعاشات ریزی که
صدا در اشیا بوجود می اورد ان صدا را ازروی تصویرش ایجاد کنیم،
در واقع ارتعاشات را دوباره به صورت اصواتی اولیه بازگردانیم.
با این روش میتوانیم هر شی را به یک میکروفون تبدیل کنیم.
این دقیقا همان کاری است که ما انجام دادیم.
اینجا یک پاکت خالی چیپس است که روی یک میز بوده
و ما میخواهیم ان را با یک دوربین ویدیویی فیلمبرداری کرده
وبه یک میکروفون تبدیل کنیم
و حرکات ریزی را که امواج صدا در ان ایجاد کرده انالیز کنیم.
اینجا صدایی است که در اتاق ایجاد کرده ایم.
{صدای اهنگ: Mary had a little lamb }
و این یک ویدیوبا سرعت بالا است که تصویر ان پاکت چیپس را با ان ثبت کرده ایم.
دوباره ان اهنگ نواخته میشود.
شما به هیچ وجه نمیتوانید تنها با نگاه کرده به ان ویدیومتوجه چیزی بشوید،
ولی این صدایی است که ما توانسته ایم تنها با انالیز کردن حرکات ریز ان ویدیو
بدست اوریم.
(موزیک اهنگ: "Mary Had a Little Lamb" )
من ان را .... متشکرم....
(صدای دست زدن حضار)
من ان را میکروفون تصویری مینامم.
ما در واقع از سیگنالهای ویدیویی سیگنالهای صوتی ایجاد کرده ایم
و فقط برای این که شما مقیاس این حرکات را درک کنید،
یک صدای خیلی بلند باعث میشود ان پاکت چیپس کمتر از یک میکرومترحرکت کند
یعنی به کوچکی یک هزارم میلیمتر.
وما اکنون توانسته ایم حرکت به این کوچکی را تنها با مشاهده این که
چگونه نور از اشیا منعکس میشود با دوربین خود ثبت کنیم.
میتوانیم صدا را از اشیا و حتی گیاهان بازیابی کنیم.
(موزیک: Mary Had a Little Lamb)
حتی گفتار را نیز از همین روش بدست اوریم.
مثلا اینجا یک نفر در اتاق صحبت میکند.
صدا: مری یک بره کوچک داشت که پشمهایش به سفیدی برف بود،
و هر جا میرفت، بره اش هم دنبالش بود.
و این همان صدا است که دوباره تنها از ویدیوی همان بسته چیپس بدست امده
صدا: مری یک بره کوچک داشت که پشمهایش به سفیدی برف بود،
و هر جا مری میرفت بره اش هم دنبالش میرفت.
ما از اهنگ: Mary Had a Little Lamb
استفاده کردیم چون اولین کلماتی است
که توماس ادیسون در سال ۱۸۷۷ در فونوگراف اش صحبت کرد.
ان دستگاه یکی ازاولین دستگاههای ثبت صدا در تاریخ بود.
در اصل صداها را به یک دیافرام منتقل میکرد
که با یک سوزن ، صدا را روی یک صفحه قلعی پبچیده شده
دور یک سیلندر خراش میداد.
اینجا نمایش ثبت و پخش صدا را با دستگاه فونوگراف ادیسون میبینید.
{ویدیو}صدا: آزمایش میکنیم، ازمایش میکنیم : یک دو سه.
مری یک بره کوچک داست که پشمهایش مثل برف سفید بود،
و هر جا که مری میرفت بره اش هم دنبالش میرفت.
ازمایش میکنم، یک دو سه.
مری یک بره کوچک داشت که پشمهایش به سفیدی برف بود،
و هر جا که مری میرفت بره اش هم دنبالش میرفت.
و اکنون ۱۳۷ سال بعد
ما میتوانیم صدا را تقریبا با همان کیفیت ضبط کنیم
اما تنها با دیدن لرزش اشیا در مقابل صدا توسط دوربین ،
حتی وقتی دوربین ۴متر و نیم دورتر از شی،
و پشت یک شیشه ضد صدا است.
این صدایی است که ما توانستیم در همان شرایط ثبت کنیم.
صدا: مری یک بره کوچک داشت که پشمهایش به سفیدی برف بود،
و هر جا که مری میرفت، بره اش هم دنبالش میرفت.
و مسلما نظارت مخفی اولین کاربردی است که به ذهن میرسد.
{صدای خنده}
ولی در واقع برای موارد دیگری هم مفید خواهد بود.
شاید مثلا در اینده بتوانیم از ان برای یافتن صدا
از اعماق فضا استفاده کنیم،
زیرا صدا نیمتواند در فضا سفر کند ولی نور میتواند.
ما تازه در ابتدای راه یافتن به استفاده های ممکن از این تکنولوژی هستیم.
این امکان را خواهیم داشت که فرایندهای فیزیکی که میدانیم وجود دارند
ولی هرگز نتوانسته ایم انها را تا کنون با چشم ببینیم پردازش کنیم.
این تیم ما است.
انچه امروز به شما نشان دادم نتیجه همکاری این گروهی است که میبینید،
و من از شما دعوت میکنم که به وب سایت ما سری بزنید،
تا خودتان نیز ان را امتحان کنید،
و در جستجوی جهان حرکتهای ریز به ما بپیوندید.
متشکرم.
{صدای دست زدن حاضرین}