Negli ultimi secoli, i microscopi hanno rivoluzionato il mondo.
Ci hanno svelato un mondo di oggetti, vita e strutture minuscoli,
troppo piccoli da vedere a occhio nudo.
Hanno dato un enorme contributo alla scienza e alla tecnologia.
Oggi, vorrei presentarvi un nuovo tipo di microscopio,
un microscopio dei cambiamenti.
Non usa l'ottica di un normale microscopio
che ingrandisce gli oggetti,
ma usa una videocamera e l'elaborazione di immagini
per rivelare i più piccoli movimenti e cambiamenti di colore
negli oggetti e nelle persone,
cambiamenti che sono impossibili da vedere a occhio nudo.
E ci permette di vedere il mondo in modo del tutto nuovo.
Cosa intendo per cambiamento di colore?
La pelle, per esempio, cambia impercettibilmente colore
con lo scorrere del sangue.
È un cambiamento veramente minimo,
e per questo quando guardate altre persone,
come la persona seduta accanto a voi,
la loro pelle, il loro viso, non sembra cambiare colore.
Guardando questo video di Steve, sembra un'immagine statica,
ma guardandolo attraverso il nuovo microscopio speciale,
vediamo un'immagine completamente diversa.
Vedete qui i minuscoli cambiamenti cromatici della pelle di Steve,
aumentati di 100 volte per renderli visibili.
Possiamo vedere il battito cardiaco.
Possiamo vedere la velocità del battito di Steve,
ma anche come il sangue scorre nel suo viso.
E questo non serve solo a visualizzare il battito,
ma anche a misurare la frequenza cardiaca.
Lo si può fare con normali telecamere, senza toccare i pazienti.
Qui vedete il battito e la frequenza estratte dal video di un neonato
girato con una normale fotocamera DSLR,
e il battito cardiaco che misura
è altrettanto preciso di quello misurato in ospedale.
E non deve nemmeno essere un video girato da noi.
Possiamo lavorare anche con altri video.
Ho preso un breve estratto di "Batman Begins"
per mostrarvi il polso di Christian Bale.
(Risate)
Immagino sia truccato,
con le luci è difficile,
eppure, solo dal video, siamo in grado di estrarre il polso
e mostrarlo abbastanza bene.
Ma allora, come funziona?
In sostanza analizziamo i cambiamenti di luce registrati
in ogni pixel del video, nel tempo,
e intensifichiamo questi cambiamenti.
Li amplifichiamo per renderli visibili.
La cosa difficile è che questi segnali,
questi cambiamenti che cerchiamo, sono impercettibili,
dobbiamo stare molto attenti nel cercare di distinguerli
dal rumore sempre presente nei video.
Usiamo quindi tecniche avanzate di elaborazione delle immagini
per misurare accuratamente il colore di ogni pixel nel video,
e il modo in cui questo colore cambia nel tempo,
e amplifichiamo questi cambiamenti.
Li amplifichiamo per creare questi video ingranditi, aumentati,
che di fatto ci mostrano queste variazioni.
[Microscopio dei Cambiamenti] E a quanto pare questa tecnica
può mostrare non solo variazioni cromatiche, ma anche piccoli movimenti,
e questo perché la luce registrata dalle nostre videocamere
cambia non soltanto con il colore degli oggetti,
ma anche con i movimenti.
Questa è mia figlia a circa due mesi.
È un video che ho girato circa tre anni fa.
Quando diventiamo genitori, vogliamo sapere che i nostri figli
stanno bene, respirano, sono ancora vivi.
Anche io ho comprato uno di quei baby monitor
per vedere mia figlia quando dormiva.
E questo è quello che si vede con un normale baby monitor.
Vedete il bambino che dorme, ma non dà molte informazioni.
Non si vede molto.
Non sarebbe meglio, più informativo, più utile,
se potessimo invece vederlo in questo modo.
Qui ho ho amplificato i movimenti 30 volte,
e qui si vede chiaramente che mia figlia era viva e respirava.
(Risate)
Eccoli fianco a fianco.
Nel video originale,
non si vede molto,
ma una volta amplificato, la respirazione si fa molto più visibile.
A quanto pare, sono molti i fenomeni che si possono rivelare
e amplificare con il nostro nuovo microscopio del movimento.
Possiamo vedere come pulsano le vene e arterie.
Possiamo vedere come gli occhi si muovono di continuo
con un movimento ondeggiante.
Questo è il mio occhio,
questo video è stato girato poco dopo la nascita di mia figlia,
si vede che non dormivo molto. (Risate)
Anche da una persona che è seduta immobile,
possiamo estrarre molte informazioni
sul ritmo della respirazione, le piccoli espressioni facciali.
Magari potremmo usare questi movimenti
per capire qualcosa dei nostri pensieri e emozioni.
Possiamo anche amplificare piccoli movimenti meccanici,
come le vibrazioni nei motori,
che possono aiutare gli ingegneri a rilevare problemi meccanici,
o vedere come edifici e strutture oscillano al vento e reagiscono.
Sono tutti fenomeni che la nostra società sa misurare, in modi diversi,
ma una cosa è misurare questi movimenti,
un'altra è vederli proprio mentre accadono.
Quando abbiamo scoperto questa nuova tecnologia,
abbiamo subito reso disponibile online il codice
in modo che altri possano utilizzarlo e sperimentare.
È molto semplice da usare.
Funziona anche con i vostri video.
I nostri collaboratori a Quanta Research hanno anche creato un sito web
in cui si possono caricare video e elaborarli online.
Anche se non avete esperienza informatica o di programmazione,
potete facilmente sperimentare con questo nuovo microscopio.
Vorrei mostrarvi un paio di esempi
di cosa altri ci hanno fatto.
Questo video è stato fatto da un utente YouTube di nome Tamez85.
Non so chi sia,
ma lui, o lei, ha usato il nostro codice
per amplificare i piccoli movimenti della pancia durante la gravidanza.
È un po' inquietante.
(Risate)
Altri lo hanno usato per amplificare vene che pulsano nelle mani.
E non è vera scienza finché non usate i porcellini d'India --
questo porcellino d'india pare si chiami Tiffany,
questo utente YouTube sostiene sia il primo roditore sulla Terra
a cui sono stati amplificati i movimenti.
Ci si può anche fare arte.
Questo video mi arriva da una studentessa di design di Yale.
Voleva vedere se ci fossero differenze
nel modo di muoversi dei suoi compagni.
Li ha fatti stare tutti fermi, e poi ha amplificato i loro movimenti.
È come vedere immagini che prendono vita.
La cosa bella di tutti questi esempi
è che noi non abbiamo avuto niente a che fare con queste applicazioni.
Abbiamo solo fornito lo strumento, un nuovo modo di guardare il mondo,
e la gente ha trovato altri modi interessanti, nuovi e creativi di usarlo.
Ma non ci siamo fermati qui.
Questo strumento non ci permette solo
di vedere il mondo in modo diverso.
Ridefinisce ciò che si può fare,
spinge i limiti di ciò che si può fare con le videocamere.
In quanto scienziati, ci siamo chiesti:
quali altri fenomeni fisici producono minuscoli movimenti
che adesso possiamo misurare con le nostre telecamere?
Uno dei fenomeni su cui ci siamo concentrati è il suono.
Il suono, si sa, consiste di variazioni
di pressione che si trasmettono nell'aria.
Queste onde colpiscono gli oggetti e creano piccole vibrazioni,
ed è così che sentiamo e registriamo i suoni.
Ma il suono produce anche movimenti visivi.
Sono movimenti invisibili per noi,
ma visibili per la telecamera con l'elaborazione adatta.
Ecco due esempi.
Questo sono io che dimostro le mie grandi doti canore.
(Canta)
(Risate)
Ecco un video accelerato della mia gola, mentre canticchio.
Ancora una volta, guardando il video,
non si vede molto,
ma una volta ampliati i movimenti 100 volte,
vediamo tutti i movimenti e le onde sul collo
che sono collegati alla produzione di quel suono.
Il segnale sonoro è nel video.
Sappiamo anche che i cantanti possono rompere un bicchiere
con la nota giusta.
Allora qui, suoneremo una nota
con la frequenza di risonanza di quel bicchiere
con l'altoparlante che è lì accanto.
Se suoniamo quella nota e amplifichiamo 250 volte i movimenti
vediamo chiaramente il bicchiere vibrare
e risuonare in reazione a quel suono.
Non è una cosa che si vede tutti i giorni.
Ma questo ci ha fatto pensare. Ci ha dato un'idea:
possiamo invertire il processo, e ricreare da un video, il suono
analizzando le minuscole vibrazioni che le onde sonore creano negli oggetti,
e riconvertire le onde nei suoni che le hanno prodotte.
In questo modo, possiamo rendere qualunque oggetto un microfono.
Ed è quello che abbiamo fatto.
Ecco un sacchetto vuoto di patatine sul tavolo.
Ora trasformeremo il sacchetto in un microfono
filmandolo con una videocamera
e analizzando come le onde sonore lo fanno muovere.
Ecco che suono c'era in quella stanza.
(Musica: "Mary Had a Little Lamb")
Ed ecco un video accelerato di quel sacchetto di patatine.
Ancora una volta, a guardarlo
è impossibile vedere qualcosa
ma questo è il suono che siamo riusciti a recuperare
solo analizzando i minuscoli movimenti del video.
(Musica: "Mary Had a Little Lamb")
Lo chiamo -- Grazie.
(Applausi)
Lo chiamo microfono visivo.
Abbiamo estratto segnali audio dal segnale video.
Solo per darvi un'idea dell'ampiezza del movimento,
un suono piuttosto forte fa muovere il sacchetto di meno di un micrometro.
Cioè un millesimo di millimetro.
Sono davvero minuscoli i movimenti che riusciamo a estrarre
osservando la luce che rimbalza sugli oggetti
e viene registrata dalle nostre videocamere.
Possiamo estrarre suoni da altri oggetti, come le piante.
(Musica: "Mary Had a Little Lamb")
E possiamo anche ricreare il parlato.
Questa è una persona che parla in una stanza.
Voce: "Mary aveva una pecorella dal manto bianco come la neve,
e ovunque andasse Mary, andava anche la pecorella".
Ed ecco lo stesso discorso, ricostruito
dal video e dal sacchetto di patatine.
Voce: "Mary aveva una pecorella dal manto bianco come la neve,
e ovunque andasse Mary, andava anche la pecorella".
Abbiamo usato "Mary Had a Little Lamb"
perché si dice siano le prime parole
pronunciate da Thomas Edison nel fonografo nel 1877.
È stato uno dei primi apparecchi di registrazione della storia.
Indirizzava i suoni in un diaframma
che faceva vibrare un ago, che incideva il suono nella carta stagnola
che avvolgeva il cilindro.
Ecco una dimostrazione di registrazione e riproduzione con il fonografo di Edison.
(Video) Voce: "Test, test, uno due tre.
Mary aveva una pecorella dal manto bianco come la neve,
e ovunque andasse Mary, andava anche la pecorella.
Test, test, uno due tre.
Mary aveva una pecorella dal manto bianco come la neve,
e ovunque andasse Mary, andava anche la pecorella".
Oggi, 137 anni dopo,
siamo in grado di riprodurre il suono con la stessa qualità
solo guardando oggetti che vibrano al suono con videocamere,
e possiamo anche farlo quando la videocamera
è a più di quattro metri dall'oggetto, dietro un vetro insonorizzato.
Questo è il suono recuperato in quel caso.
Voce: "Mary aveva una pecorella dal manto bianco come la neve
e ovunque andasse Mary, andava anche la pecorella".
Ovviamente, la sorveglianza è la prima applicazione che viene in mente.
(Risate)
Ma potrebbe essere utile anche per altre cose.
Magari in futuro, saremo in grado di usarlo, per esempio,
per ricostruire i suoni dallo spazio,
perché il suono non può viaggiare nello spazio, ma la luce sì.
Abbiamo solo iniziato ad esplorare
tutti gli usi possibili di questa nuova tecnologia.
Ci fa vedere processi fisici che sappiamo esistere
ma che finora non abbiamo mai visto con i nostri occhi.
Ecco la nostra équipe.
Ciò che vi ho mostrato oggi è il risultato della collaborazione
con questo fantastico gruppo di persone
e vi invito a visitare il nostro sito web,
provare voi stessi,
e esplorate con noi l'universo dei piccoli movimenti.
Grazie.
(Applausi)