Ces derniers siècles, les microscopes ont révolutionné notre monde.
Ils nous ont révélé un monde minuscule d'objets, de vies et de structures
qui sont trop petits pour être vus à l'œil nu.
Ils contribuent incroyablement à la science et la technologie.
Aujourd'hui, je veux vous présenter un nouveau type de microscope :
un microscope pour les changements.
Il n'utilise pas l'optique, pour agrandir les petits objets,
comme un microscope habituel.
Au lieu de ça, il utilise une caméra et du traitement d'images
pour nous révéler les mouvements les plus infimes
et les changements de couleur des objets et des gens.
Des changements impossibles à voir pour nous à l'œil nu.
Et ça nous permet de voir notre monde d'une façon complètement nouvelle.
Qu'est-ce qu'un changement de couleur ?
Notre peau, par exemple, change légèrement de couleur
quand le sang s'écoule sous sa surface.
Ce changement est incroyablement léger,
c'est pourquoi quand on regarde les autres,
ou même celui qui est assis à côté de nous,
on ne voit pas leur peau ou leur visage changer de couleur.
Si on regarde cette vidéo de Steve, il semble immobile.
Mais si on regarde cette vidéo avec notre nouveau microscope spécial,
soudain on voit une image complètement différente.
Là, on voit des petits changements dans la couleur de la peau de Steve,
agrandis par un facteur 100 pour les rendre visibles.
On peut tout à fait voir un pouls humain.
On peut voir la vitesse des battements cardiaques de Steve.
On peut aussi voir la façon effective dont le sang s'écoule dans son visage.
On peut faire ça non seulement pour visualiser le pouls,
mais aussi pour récupérer le rythme cardiaque, et le mesurer.
On le fait avec des caméras normales et sans toucher les patients.
Là, on voit le pouls et le rythme cardiaque d'un nouveau-né mesuré
à partir d'une vidéo réalisée avec une caméra DSLR normale.
Le rythme cardiaque obtenu
est aussi précis que celui qu'on obtient avec le moniteur standard d'un hôpital.
Ce n'est pas forcément une vidéo enregistrée par nous.
Fondamentalement, on peut le faire avec d'autres vidéos aussi.
Donc là, j'ai pris un petit extrait du film « Batman : Le Commencement »,
pour vous montrer le pouls de Christian Bale.
(Rires)
On sait tous qu'il est maquillé,
le réglage de la lumière pose problème,
néanmoins, on peut extraire son pouls à partir de cet extrait,
et le montrer clairement.
Comment fait-on tout ça ?
Fondamentalement, on analyse les changements de lumière enregistrés
à chaque pixel de la vidéo dans le temps,
et puis on amplifie ces changements.
On les agrandit pour pouvoir les observer.
La partie compliquée est que ces signaux,
ces changements qu'on cherche sont minuscules,
on doit donc faire très attention quand on essaie
de les séparer du bruit présent dans toutes les vidéos.
On utilise des techniques de traitement d'images astucieuses
pour obtenir une mesure très précise de la couleur de chaque pixel de la vidéo,
et de la manière dont la couleur change avec le temps,
et puis on amplifie ces variations.
On les agrandit pour créer de telles vidéos accrues, ou amplifiées.
qui nous montrent clairement ces changements.
En fait, on peut faire ça non seulement pour les changements de couleur,
mais aussi pour les micro-mouvements,
parce que la lumière enregistrée dans nos caméras
varie non seulement quand la couleur de l'objet change,
mais aussi quand l'objet bouge.
Voici ma fille à deux mois.
C'est une vidéo que j'ai enregistrée il y a environ trois ans.
Et, comme tout parent, on veut s'assurer
que nos enfants sont en bonne santé, qu'ils respirent et qu'ils sont vivants.
Donc j'ai acheté un babyphone
pour observer ma fille dans son sommeil.
Voici le résultat obtenu habituellement avec un babyphone standard.
On peut voir le bébé qui dort, mais sans plus.
Il n'y a pas grand chose à voir.
Ne serait-il pas mieux, plus informatif, ou plus utile,
si, au lieu de ça, on pouvait voir la scène comme ça.
J'ai analysé les mouvements et je les ai amplifiés d'un facteur 30,
et j'ai pu clairement voir que ma fille respirait toujours.
(Rires)
Voilà les vidéos côte à côte.
Dans la vidéo originelle,
il n'y a pas grand chose à voir,
mais si on amplifie les mouvements, la respiration devient plus visible.
Il y a en fait beaucoup de phénomènes
qu'on peut révéler et agrandir avec notre nouveau microscope du mouvement.
On peut voir comment nos veines et artères pulsent dans notre corps.
On peut voir que nos yeux sont constamment en mouvement,
un peu tremblants.
C'est mon œil sur cette vidéo.
J’ai enregistré cette vidéo juste après la naissance de ma fille.
Vous pouvez donc remarquer que je manquais de sommeil.
(Rires)
Même lorsque quelqu'un est assis, immobile,
on peut extraire beaucoup d'informations
sur son rythme de respiration, ses petites expressions faciales.
Peut-être que ces mouvements
peuvent nous révéler quelque chose sur nos pensées, nos émotions.
On peut aussi amplifier les petits mouvements mécaniques,
comme les vibrations d'un moteur.
Ça pourrait aider les ingénieurs à identifier des problèmes mécaniques,
ou observer comment nos constructions réagissent aux forces et au vent.
Ce sont des choses que notre société sait mesurer de plusieurs manières.
Mais mesurer ces mouvements,
et les observer quand ils se produisent
sont deux choses complètement différentes.
Et depuis qu'on a découvert cette nouvelle technologie,
on a mis notre code en ligne pour qu'il puisse être utilisé et expérimenté.
Il est très simple à utiliser.
Il peut être utilisé sur vos propres vidéos.
Nos collaborateurs de Quanta Research ont même créé un beau site
où vous pouvez télécharger des vidéos et les modifier.
Donc même si on n'a pas d'expérience en informatique ou en programmation,
on peut facilement expérimenter avec ce nouveau microscope.
Et je voudrais vous montrer quelques exemples
de ce qui a été fait avec ça.
Ceci a été fait par un utilisateur de YouTube qui s'appelle Tamez85.
Je ne le connais pas,
mais il, ou elle, a utilisé notre code
pour agrandir les petits mouvements du ventre durant une grossesse.
C'est un peu effrayant.
(Rires)
Certains l'ont utilisé pour agrandir les pulsations des veines dans les mains.
Et vous savez que ce n'est pas de la vraie science sans des cobayes.
Apparemment ce cobaye s'appelle Tiffany
et cet utilisateur de YouTube dit que c'est le premier rongeur
dont les mouvements ont été agrandis avec cette méthode.
On peut même en faire de l'art.
Ce vidéo m'a été envoyé par une étudiante en graphisme à Yale.
Elle voulait voir s'il y avait des différences
dans les mouvements de ses copains.
Elle leur a demandé de rester immobiles et a agrandi leurs mouvements.
C'est comme voir des photos immobiles prendre vie.
Ce qui est remarquable dans tous ces exemples,
c'est qu’ils sont entièrement autonomes.
Nous avons mis la technologie, un nouveau regard sur le monde, à disposition.
et puis les gens ont trouvé d'autres utilisations
intéressantes, nouvelles et créatives.
Mais on ne s'est pas arrêté là.
Cet instrument nous permet non seulement de regarder le monde
d'une nouvelle façon, mais il redéfinit ce qu'on peut faire,
il repousse les limites du possible avec nos caméras.
Alors, en tant que scientifiques, on s'est demandé
quels autres phénomènes physiques produisent des petits mouvements
que nos caméras pourraient mesurer ?
Et l'un de ces phénomènes sur lequel on s'est concentrés est le son.
Le son, comme nous le savons tous,
est une variation de la pression de l'air.
Ces ondes de pression frappent les objets et créent de petites vibrations.
C'est ainsi qu'on entend et enregistre le son.
Il s’avère que le son produit des mouvements visuels.
Ces mouvements ne sont pas visibles à l'œil nu,
mais pour une caméra munie du traitement d'images adéquat.
Voici deux exemples.
Je vous présente mes grandes capacités en chant.
(Vocalisation)
(Rires)
En même temps, j'ai pris un vidéo à haute vitesse de ma gorge.
Si vous observez cette vidéo,
il n'y a pas grand chose à voir,
mais en amplifiant les mouvements d'un facteur 100,
on voit les ondulations dans la gorge qui contribuent à la production du son.
Ce signal est là, dans cette vidéo.
On sait aussi que les chanteurs peuvent briser un verre
s'ils chantent la note juste.
Ici, on va donc jouer une note
dans la fréquence de résonance de ce verre.
avec un haut-parleur à côté.
Quand on joue cette note et qu'on amplifie par un facteur 250,
on peut voir nettement comment le verre vibre
et résonne en réaction au son.
Ce n'est pas une chose qu'on voit tous les jours.
Mais ça nous a fait réfléchir, et ça nous a donné une idée folle.
Est-ce qu'on peut inverser le processus et récupérer du son à partir des vidéos,
en analysant les micro-vibrations créées par les ondes sonores sur les objets,
et en les convertissant en son ?
On pourrait transformer des objets usuels en micros.
C'est exactement ce qu'on a fait.
Là on voit un sachet de chips vide sur une table,
et on va le transformer en micro,
en l'enregistrant avec une caméra
et en analysant les petits mouvements que les ondes sonores y créent.
Voici le son qu'on a joué dans la pièce.
(Musique: « Marie avait un petit agneau »)
Et voilà une vidéo à haute vitesse du paquet de chips.
On rejoue notre morceau.
Il n'y a aucune chance de remarquer quoi que ce soit dans cette vidéo.
Voilà le son qu'on a pu récupérer
en analysant les mouvements dans la vidéo.
(Musique: « Marie avait un petit agneau »)
Moi, j'appelle ça - Merci.
(Applaudissements)
J'appelle ça le micro visuel.
On extrait des signaux acoustiques à partir de signaux visuels.
Et pour vous donner une idée de l'échelle de ces mouvements,
un son très bruyant fait bouger ce sachet de moins d'un micromètre.
C'est-à-dire un millième d'un millimètre.
Voilà la taille microscopique des mouvements extraits
par la simple observation de la lumière sur les objets,
et est enregistrée par nos caméras.
On peut reconstruire le son à partir d'autres objets : les plantes.
(Musique: «Marie avait un petit agneau»)
On peut même reconstruire des paroles.
Voilà une personne qui parle dans une pièce.
Voix : Marie avait un petit agneau, blanc comme neige, il était beau,
et partout où Marie allait, l'agneau bien sûr suivait.
MR : Et voilà ces mêmes paroles,
reconstruites à partir de ce même paquet de chips.
Voix : Marie avait un petit agneau, blanc comme neige, il était beau,
et partout où Marie allait, l'agneau bien sûr suivait.
MR : On a utilisé « Marie avait un petit agneau »
car ce serait les premiers mots
que Thomas Edison aurait prononcés dans son phonographe en 1877.
C'était l'un des premiers enregistreurs de l'histoire.
Fondamentalement il projetait les sons sur un diaphragme
qui faisait vibrer une aiguille qui gravait le son
sur une feuille d'aluminium enroulée autour d'un cylindre.
Voilà une démonstration du phonographe.
(Vidéo) Voix : Test, test, un. deux, trois.
Marie avait un petit agneau, blanc comme neige, il était beau,
et partout où Marie allait, l'agneau bien sûr suivait.
Test, test, un, deux, trois.
Marie avait un petit agneau, blanc comme neige, il était beau,
et partout où Marie allait, l'agneau bien sûr suivait.
MR : Et maintenant, 137 ans après,
on peut reconstruire du son de qualité très similaire
en regardant avec des caméras des objets qui vibrent avec le son.
On peut même faire ça quand la caméra
est à 4 mètres de distance de l'objet, derrière du verre insonorisé.
Voilà le son qu'on peut reconstruire dans ce cas-là.
Voix : Marie avait un petit agneau, blanc comme neige, il était beau,
et partout où Marie allait, l'agneau bien sûr suivait.
MR : Bien sûr, surveillance est la première utilisation qui vient à l'esprit.
(Rires)
Mais cela pourrait être utile pour d'autres choses.
Peut-être que dans le futur on pourra l'utiliser, par exemple,
pour reconstruire le son dans l'espace,
parce que le son ne voyage pas dans l'espace, mais la lumière peut.
On ne fait que commencer à explorer
d'autres applications possibles de cette nouvelle technologie.
Ça nous permet de voir des processus que nous savons exister,
mais qu'on n'a jamais pu voir à l’œil nu jusqu'à maintenant.
Voilà notre équipe.
Tout cela est le résultat d'une collaboration
avec ce magnifique groupe de personnes-là.
Je vous encourage à visiter notre site Web,
à tester notre technologie,
à nous rejoindre pour explorer ce monde des micro-mouvements.
Merci.
(Applaudissements)