במהלך מאות השנים האחרונות, מיקרוסקופים הביאו למהפכה בעולם.
הם גילו לעינינו את עולם העצמים הזעירים, צורות חיים ומבנים
הקטנים מדי מכדי שנבחין בהם בעין עירומה.
הם מהווים תרומה אדירה למדע וטכנולוגיה.
היום ברצוני להציג בפניכם מיקרוסקופ מסוג חדש,
מיקרוסקופ של שינויים.
שלא כמו מיקרוסקופ רגיל, הוא אינו משתמש באופטיקה
כדי להגדיל עצמים קטנים,
אלא הוא משתמש במצלמת וידאו ובעיבוד תמונה
כדי לחשוף בפנינו את השינויים הכי זעירים בצבע ובתנועות של חפצים ואנשים,
שינויים שבלתי-אפשרי לראותם בעין עירומה.
זה מאפשר לנו להביט בעולם בדרך חדשה לגמרי.
מה הכוונה בשינויי צבע?
עורנו, לדוגמא, משנה את צבעו מעט מאוד
כאשר הדם זורם תחתיו.
שינוי זה עדין באופן קיצוני,
ולכן, כאשר מביטים באנשים אחרים,
כאשר מביטים באדם היושב לידך,
לא רואים את עורם או פניהם משנים צבע.
אם צופים בסרטון זה של סטיב, הוא נראה כמו תמונה עומדת,
אבל ברגע שצופים בו דרך המיקרוסקופ החדש והמיוחד שלנו,
לפתע רואים תמונה שונה לחלוטין.
מה שרואים זה שינויים קטנים בצבע עורו של סטיב,
המוגברים פי-100 כדי שיהיו נראים לעין.
ניתן ממש לראות דופק אנושי.
ניתן להבחין באיזה קצב פועם ליבו של סטיב,
אבל ניתן גם לראות את מסלולי זרימת הדם בפניו.
ניתן לעשות זאת לא רק כדי לראות את הדופק,
אלא גם כדי לפקח ולמדוד
את פעימות הלב.
ניתן לבצע זאת עם מצלמות רגילות ומבלי לגעת במטופלים.
כאן ניתן לראות את הדופק ופעימות הלב של תינוק דרך וידאו
שצילמנו באמצעות מצלמה דיגיטלית רגילה,
וקצב פעימות הלב שמדדנו
הוא מדוייק כמו זה שמדדנו בעזרת מכשיר ניטור רגיל בבית-חולים.
וזה לא חייב להיות וידאו שצילמנו.
ניתן לעשות זאת באותה מידה עם כל וידאו אחר.
נטלתי קטע קצר מסרט של באטמן רק כדי להראות
את הדופק של כריסטיאן בל.
(צחוק)
כידוע, יש עליו איפור,
התאורה מערימה קשיים,
אבל בכל זאת, אך ורק מהוידאו אנו מסוגלים לחלץ
את הדופק שלו ולהציגו די טוב.
כיצד אנו עושים כל זאת?
בעיקרון אנו מנתחים את השינויים בבהירות
בכל פיקסל בוידאו לאורך זמן, ואז מגבירים
את השינויים הללו.
אנו מגבירים אותם כדי שנוכל לראותם.
החוכמה בכל העניין היא שהאותות,
אותם שינויים שאנו מחפשים, הם מאוד עדינים,
ולכן עלינו להיות מאוד זהירים
כאשר מנסים להפרידם מהרעש שתמיד קיים בוידאו.
אנו משתמשים בטכניקות חכמות לעיבוד תמונה
כדי להגיע למדידה מאוד מדוייקת של הצבע בכל פיקסל בוידאו,
ושל האופן בו הצבע משתנה לאורך זמן,
ובסוף אנו מגבירים את השינויים הללו.
אנו מגבירים אותם כדי ליצור את הסרטונים המשופרים, או המוגדלים,
שמציגים בפנינו את השינויים.
אבל מתברר שניתן לעשות זאת לא רק כדי להראות שינויי צבע זעירים,
אלא גם תנועות זעירות,
וזה כי האור שמצולם במצלמותינו ישתנה
לא רק כאשר צבע העצם משתנה,
אלא גם כאשר העצם נע.
זו בתי בהיותה בת חודשיים.
זה סרטון שצילמתי לפני כ-3 שנים.
בתור הורים צעירים, כולנו רוצים לוודא שהתינוקות שלנו בריאים,
שהם נושמים, שהם בחיים.
לכן גם אני השגתי מכשיר ניטור לתינוקות
כדי שאוכל לראות את בתי בעודה ישנה.
וזה בערך מה שתראו דרך מכשיר ניטור רגיל.
ניתן לראות שהתינוקת ישנה, אבל גם אין הרבה מידע.
לא ניתן לראות הרבה.
לא היה יותר טוב או יותר מועיל או יותר שימושי,
אם במקום זה יכולנו לראות תמונה כזו?
כאן לקחתי את התנועות והגדלתי אותן פי-30,
ואז יכולתי לראות בבירור שבתי חיה ונושמת.
(צחוק)
הנה השוואה זו-מול-זו.
שוב, בסרטון המקורי
אין הרבה שאפשר לראות,
אבל ברגע שמגדילים את התנועות, הנשימה הופכת לגלויה יותר לעין.
ומתברר שיש המון תופעות
שניתן לגלות ולהגדיל עם מיקרוסקופ התנועה החדש שלנו.
ניתן לראות כיצד כלי-הדם פועמים בגופנו.
ניתן לראות שעינינו נעות כל הזמן
באופן בלתי יציב.
זו העין שלי,
ושוב, סרטון זה צולם מייד לאחר הולדת בתי,
וניתן לראות שחסרות לי שעות שינה. (צחוק)
אפילו כשאדם יושב ללא תנועה,
ניתן לאסוף הרבה מידע
לגבי דפוס נשימה והבעות פנים חולפות.
ייתכן וניתן יהיה להשתמש
בתנועות הללו כדי לדעת משהו על מחשבותינו ורגשותינו.
ניתן גם להגדיל תנועות מיכניות זעירות,
כגון תנודות של מנועים,
העשויות לסייע למהנדסים לאתר ולנתח בעיות מכאניות,
או לראות כיצד בניינים ומבנים מתנודדים ברוח ומגיבים לכוחות.
אנו יודעים כיצד למדוד את כל הדברים הללו בדרכים שונות,
אבל למדוד את התנועות זה דבר אחד,
ולראות ממש את התנועות בזמן התרחשותן
זה דבר אחר לחלוטין.
ומאז שגילינו טכנולוגיה חדשה זו,
העלנו את קוד התוכנה לרשת כך שאחרים ישתמשו בו וינסו אותו.
זה פשוט מאוד להשתמש בו.
הוא יכול לעבוד במצלמות שלכם.
שותפינו ב-Quanta Research אפילו יצרו אתר נחמד זה
בו ניתן להעלות סרטונים ולעבדם באופן מקוון,
כך שאפילו אם מישהו חסר ניסיון במדעי מחשב או תיכנות,
הוא יכול בקלות רבה להתנסות עם מיקרוסקופ חדש זה.
אציג לכם רק כמה דוגמאות
של מה שאנשים עשו עם זה.
סרטון זה יצר משתמש יוטיוב בשם Tamez85.
איני יודע מי הוא אותו משתמש,
אבל הוא, או היא, השתמשו בתוכנה שלנו
כדי להגדיל תנועות בטן קטנות בזמן היריון.
זה קצת מצמרר.
(צחוק)
אנשים השתמשו בזה כדי להגדיל כלי-דם פועמים בידיהם.
וכידוע זה לא מדעי עד שמנסים את זה על שפן-ניסיונות,
וכנראה קראו לשפן זה טיפאני,
ומשתמש יוטיוב זה טוען שזהו המכרסם הראשון בעולם
שתנועותיו עברו הגדלה.
ניתן לעשות גם קצת אומנות.
סרטון זה נשלח אליי על-ידי סטודנטית לעיצוב ב-ייל.
היא רצתה לבדוק אם יש הבדל
באופן בו חבריה לשיעור נעים.
היא ביקשה מהם לעמוד דום ואז הגדילה את תנועותיהם.
זה כאילו לראות תמונות דוממות מקבלות חיים.
ומה שנחמד בכל הדוגמאות הללו
הוא שלא היה עלינו לעשות כלום.
רק סיפקנו את הכלי -- דרך חדשה להביט על העולם,
ואנשים מצאו דרכים אחרות חדשות, מעניינות ויצירתיות כדי להשתמש בזה.
אבל לא עצרנו כאן.
כלי זה לא רק מאפשר לנו להביט על העולם בדרך חדשה,
אלא הוא מגדיר מחדש את מה שניתן לעשות
ומרחיב את הגבולות של מה שניתן לעשות עם מצלמותינו.
לכן בתור מדענים, התחלנו לשאול את עצמנו,
אלו עוד תופעות פיזיקליות יוצרות תנועות זעירות
שאפשר יהיה למדוד עם מצלמותינו?
ותופעה אחת כזו שהתמקדנו בה היא קול.
קול, כידוע, הוא בעיקרון שינויים
בלחץ אויר הנעים באויר.
גלי לחץ הללו פוגעים בעצמים ויוצרים בהם תנודות זעירות,
וכך אנו שומעים קול ומקליטים אותו.
אבל מתברר שהקול יוצר גם תנועות חזותיות.
אלו הן תנועות הסמויות מהעין
אבל מובחנות על-ידי מצלמה בעלת כושר עיבוד מתאים.
הנה שתי דוגמאות:
זה אני שמפגין כישורי שירה מרשימים.
(שר)
(צחוק)
צילמתי סרטון במהירות גבוהה של גרוני בעודי שרתי.
שוב, אם מסתכלים על הסרטון,
לא ניתן לראות הרבה,
אבל ברגע שמגדילים את התנועות פי-100, ניתן לראות את כל
התנועות והתנודות בצוואר הקשורות ביצירת הקול.
האות קיים בוידאו.
אנו גם יודעים שזמרים מסוגלים לשבור כוס יין
אם הם עולים על הצליל הנכון.
הנה, אנו עומדים לנגן צליל
שהוא בתדירות התהודה של הכוס
באמצעות רמקול לידו.
ברגע שמנגנים את הצליל ומגבירים את התנועות פי-250,
ניתן לראות בבירור כיצד הכוס
רוטטת ויוצרת תהודה בתגובה לקול.
זה לא משהו שנתקלים בו כל יום.
אבל זה גרם לנו לחשוב והעלה רעיון מטורף.
האם ניתן להפוך את התהליך ולהפיק קול מוידאו
על-ידי ניתוח של התנודות הזעירות שגלי קול יוצרים בעצמים,
ולהפוך אותן בחזרה לקולות שיצרו אותן?
בדרך זו, נוכל להפוך עצמים רגילים למיקרופונים.
וזה מה שבדיוק עשינו.
הנה שקית צ'יפס ריקה המונחת על שולחן,
ואנו נהפוך אותה למיקרופון עלי-ידי
צילומה במצלמת וידאו
וניתוח של התנודות הזעירות שגלי הקול יוצרים עליה.
זה הקול שניגנו בחדר.
(מוזיקה)
וזהו וידאו שצולם במהירות גבוהה מאותה שקית צ'יפס.
הוא מנגן.
אין סיכוי שתצליחו לראות שקורה משהו בתוך הוידאו
אך ורק מהצפייה בו,
אבל הנה הקול שהצלחנו להפיק רק מאנליזה
של התנודות הזעירות באותו וידאו.
(מוזיקה)
תודה.
(מחיאות כפיים)
אני קורא לזה מיקרופון חזותי.
בעצם הפקנו קול מאותות וידאו
ורק כדי לתת מושג על גודל התנודות כאן,
קול די חזק יגרום לשקית הצ'יפס לנוע פחות ממיקרומטר.
שזה אלפית המילימטר.
עד כדי כך קטנות התנועות שאנו מסוגלים היום להפיק
רק מצפייה באור המוחזר מעצמים
והמוקלט במצלמותינו.
אנו מסוגלים להפיק קול מעצמים אחרים, כמו צמחים.
(מוזיקה)
כמו-כן אנו גם מסוגלים להפיק דיבור.
הנה אדם המדבר בחדר.
קול: למרי היה טלה קטן שהצמר שלו היה לבן כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הטלה היה הולך אחריה.
מייקל רובינשטיין: וזהו אותו דיבור שהופק
מהוידאו מאותה שקית צ'יפס.
קול: למרי היה טלה קטן שהצמר שלו היה לבן כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הטלה היה הולך אחריה.
מ.ר.: השתמשנו במילים הללו
כי אומרים שאלו היו המילים הראשונות
שתומאס אדיסון אמר לתוך הפונוגרף ב-1877.
זה היה אחד ממכשירי ההקלטה הראשונים בהיסטוריה.
בעיקרון, הוא הסיט את הקולות אל עבר דיאפרגמה
שהרטיטה מחט אשר חרטה את הקול על גבי נייר כסף
שהיה מלופף סביב גליל.
הנה הדגמה של הקלטה וניגון של קול עם הפונוגרף של אדיסון.
קול (וידאו): בדיקה, בדיקה -- אחת, שתיים, שלוש.
למרי היה טלה קטן שהצמר שלו היה לבן כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הטלה היה הולך אחריה.
בדיקה, בדיקה -- אחת, שתיים, שלוש.
למרי היה טלה קטן שהצמר שלו היה לבן כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הטלה היה הולך אחריה.
מ.ר.: והיום, 137 שנה אחרי,
אנו יכולים להפיק קול באותה איכות
רק על-ידי צפייה בעצמים הרוטטים מקול בעזרת מצלמות,
וניתן לעשות זאת אפילו כאשר
המצלמה נמצאת במרחק 5 מטר מהעצם, מאחורי זכוכית חסינת רעש.
ובכן, זה הקול שאנו מסוגלים להפיק במקרה כזה.
קול: למרי היה טלה קטן שהצמר שלו היה לבן כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הטלה היה הולך אחריה.
מ.ר.: וכמובן, ריגול זה הדבר הראשון שעולה על הדעת.
(צחוק)
אבל למעשה זה יכול להיות שימושי גם לדברים אחרים.
אולי בעתיד, נוכל להשתמש בזה לדוגמא,
להפיק קולות מהרחק בחלל,
כי קול אינו יכול לנוע בחלל, אבל אור כן.
רק התחלנו לגלות
שימושים אפשריים אחרים לטכנולוגיה חדשה זו.
היא מאפשרת לנו לראות תהליכים פיזיקליים שאנו יודעים שהם קיימים
אבל מעולם לא היינו מסוגלים לראותם בעיניים שלנו עד עכשיו.
זהו הצוות שלנו.
כל מה שהראיתי לכם היום הוא תוצאה של שיתוף-פעולה
עם קבוצה נהדרת זו של אנשים,
ואני מעודד אתכם וקורא לכם לבקר באתרנו,
ולנסות את זה בעצמכם,
ולהצטרף אלינו לגילוי עולם של תנועות זעירות.
תודה.
(מחיאות כפיים)