Ao longo dos últimos séculos, microscópios revolucionaram nosso mundo.
Eles nos revelaram um mundo minúsculo de objetos, vida e estruturas
que são pequenos demais para vermos a olho nu.
Eles são uma enorme contribuição para a ciência e tecnologia.
Hoje eu gostaria de apresentá-los à um novo tipo de microscópio,
um microscópio que amplifica mudanças.
Ele não usa ótica, como um microscópio comum,
para aumentar pequenos objetos,
mas em vez disso, usa uma câmera de vídeo e processamento de imagem
para nos revelar os movimentos ínfimos e mudanças de cor em objetos e pessoas,
mudanças que são impossíveis de serem vistas a olhos nus.
E isso permite-nos olhar o nosso mundo de uma forma totalmente nova.
Então, o que quero dizer com alterações de cor?
Nossa pele, por exemplo, muda de cor muito ligeiramente
quando o sangue flui sob ela.
Essa mudança é incrivelmente sutil,
por isso quando você vê outras pessoas,
quando olha para a pessoa sentada ao seu lado,
você não vê sua pele ou seu rosto mudando de cor.
Quando vemos este vídeo do Steve aqui, a aparência é de uma imagem estática,
mas quando vemos o vídeo através do nosso novo e especial microscópio,
de repente, vemos uma imagem completamente distinta.
O que veem aqui são pequenas mudanças na cor da pele do Steve,
ampliadas 100 vezes, de modo que se tornam visíveis.
Na verdade, podemos ver um pulso humano.
Podemos ver o quão rápido o coração de Steve está batendo,
mas também podemos ver a forma real com que o sangue flui em seu rosto.
E podemos fazer isso não só para visualizar o pulso,
mas também para efetivamente extrair e medir a frequência cardíaca,
E podemos fazer isso com câmeras comuns e sem tocar nos pacientes.
Aqui vemos o pulso e frequência cardíaca que extraímos de um bebê recém-nascido
a partir um vídeo feito com uma câmera DSLR comum,
e a frequência cardíaca que obtemos
é tão precisa quanto aquela de um monitor padrão de hospital.
E nem precisa ser um vídeo que gravamos.
Podemos essencialmente fazê-lo com outros vídeos também.
Então, peguei um pequeno clipe de "Batman Begins" aqui,
só para mostrar o pulso de Christian Bale.
(Risos)
E presumivelmente, ele está usando maquiagem,
iluminação aqui é um pouco desafiadora,
mesmo assim, a partir do vídeo, podemos extrair seu pulso
e mostrá-lo muito bem.
Então, como fazemos isso?
Basicamente analisamos as mudanças na luz que é gravada
em cada pixel do vídeo, ao longo do tempo,
e depois aumentamos essas mudanças.
Tornamos elas maiores para que possamos vê-las.
A parte complicada é que esses sinais,
essas mudanças que queremos ver, são extremamente sutis,
por isso temos que ter muito cuidado ao separá-las do ruído
que sempre existe em vídeos.
Então, usamos algumas técnicas inteligentes de processamento de imagem
para obter uma medida muito precisa da cor de cada pixel no vídeo,
e em seguida, a forma como a cor muda ao longo do tempo,
e então amplificamos essas mudanças.
Tornamo-as maiores para criar esses tipos de vídeos melhorados, ou ampliados,
que realmente nos mostram essas mudanças.
Acontece que podemos fazer isso não apenas para mostrar pequenas mudanças de cor,
mas também pequenos movimentos,
e isso é porque a luz que fica gravada em nossas câmeras
muda não somente com a cor do objeto,
mas também quando o objeto se move.
Então, esta é a minha filha quando tinha cerca de dois meses de idade.
É um vídeo que gravei há cerca de três anos atrás.
E como pais iniciantes, todos queremos que nossos bebês estejam saudáveis,
respirando, e que estejam vivos, é claro.
Então, eu também tinha um desses monitores de bebê
para ver minha filha enquanto estava dormindo.
E isso é o que você verá com um monitor de bebê padrão.
Vocês podem ver o bebê dormindo, mas não há muita informação aí.
Não há muito que podemos ver.
Não seria melhor, ou mais informativo, ou mais útil,
se em vez disso pudéssemos observar a cena assim.
Aqui eu ampliei os movimentos em 30 vezes,
então pude ver claramente que minha filha estava realmente viva e respirando.
(Risos)
Aqui está uma comparação lado-a-lado.
Novamente, no vídeo de origem, no vídeo original,
Não há muito que podemos ver,
mas uma vez que aumentamos os movimentos, a respiração torna-se muito mais visível.
E acontece que, há muitos fenômenos
que podemos revelar e ampliar com o nosso novo microscópio de movimento.
Podemos ver como nossas veias e artérias estão pulsando em nossos corpos.
Podemos ver que nossos olhos estão em constante movimento
nesse padrão cambaleante.
Isso é na verdade o meu olho,
e esse vídeo foi feito logo depois que minha filha nasceu,
então vocês podem ver que eu não estava dormindo muito. (Risos)
Até mesmo quando uma pessoa está parada,
há muita informação que podemos extrair
dos seus padrões de respiração e pequenas expressões faciais.
Talvez pudéssemos usar esses movimentos
para nos dizer algo sobre nossos pensamentos ou emoções.
Também podemos ampliar pequenos movimentos mecânicos,
como vibrações em motores,
que podem ajudar engenheiros a detectar e diagnosticar problemas em máquinas,
ou ver como nossos edifícios e estruturas balançam ao vento e reagem às forças.
Essas são coisas que a nossa sociedade sabe como medir de várias maneiras,
mas medir esses movimentos é uma coisa,
e ver esses movimentos enquanto eles acontecem
é algo totalmente diferente.
E desde que descobrimos essa nova tecnologia,
divulgamos o nosso código online para que outros pudessem usar e experimentar.
É muito simples de usar.
Pode funcionar em seus próprios vídeos.
Nossos colaboradores na Quantum Research criaram este belo site
onde vocês podem fazer o upload de vídeos e processá-los online,
e mesmo que não tenham experiência em ciência da computação ou programação,
ainda podem facilmente experimentar esse novo microscópio.
E eu gostaria de mostrar-lhes alguns exemplos
do que as pessoas fizeram com ele.
Este vídeo foi feito por um usuário do YouTube chamado Tamez85.
Eu não sei quem é esse usuário,
mas ele, ou ela, usou o nosso código
para ampliar pequenos movimentos da barriga durante a gravidez.
É meio assustador.
(Risos)
Pessoas ampliaram as veias em suas mãos.
E sabemos que não é ciência de verdade a menos que se use cobaias,
e, aparentemente, esta cobaia se chama Tiffany,
e esse usuário do YouTube diz que ela é o primeiro roedor na Terra
a ter os movimentos ampliados.
Você também pode fazer arte.
Este vídeo me foi enviado por uma estudante de design em Yale.
Ela queria ver se há alguma diferença
na forma como seus colegas de classe se movem.
Ela fez com que todos ficassem parados, então ampliou seus movimentos.
É como ver fotografias ganharem vida.
E a coisa legal nesses exemplos
é que não tivemos nada a ver com eles.
Nós apenas provemos essa nova ferramenta, uma nova maneira de olhar o mundo,
e então as pessoas acham outras formas interessantes e criativas de usá-la.
Mas não paramos por aí.
Esta ferramenta não só nos permite ver o mundo de uma nova maneira,
ela também redefine e expande os limites do que podemos fazer
com nossas câmeras.
Então, como cientistas, começamos a nos perguntar,
quais outros tipos de fenômenos físicos produzem pequenos movimentos
que podemos usar nossas câmeras para medir?
Um desses fenômenos no qual recentemente nos concentramos é o som.
O som, como sabemos, é basicamente mudanças
de pressão se propagam no ar.
Essas ondas de pressão batem em objetos e criam pequenas vibrações neles,
é assim que ouvimos e gravamos o som.
Mas acontece que o som também produz movimentos visuais.
Esses movimentos não são visíveis para nós,
mas são visíveis para uma câmera com o tratamento correto.
Então, aqui estão dois exemplos.
Esse sou eu demonstrando minhas grandes habilidades de canto.
(Cantando)
(Risos)
Fiz um vídeo em câmera lenta da minha garganta enquanto cantava.
Novamente, se vocês olharem para o vídeo,
não há muito que conseguirão ver,
mas ao ampliarmos os movimentos 100 vezes, vemos todos os movimentos e ondulações
do pescoço que estão envolvidos na produção do som.
Esse sinal está alí naquele vídeo.
Também sabemos que cantores podem quebrar uma taça
se atingirem a nota correta.
Aqui, vamos tocar uma nota
que está em ressonância com a frequência da taça
através de um alto-falante que está ao lado dela.
Uma vez que tocamos essa nota e ampliamos os movimentos 250 vezes,
podemos ver muito claramente como o vidro vibra
e ressoa em resposta ao som.
Não é algo que vemos todos os dias.
Mas isso nos fez pensar. Isso nos deu uma ideia maluca.
Será que podemos inverter este processo e recuperar o som a partir do vídeo
através da análise de minúsculas vibrações que as ondas sonoras criam em objetos,
e, essencialmente, convertê-las de volta para os sons que as produziram?
Desta forma, podemos transformar objetos do cotidiano em microfones.
Então, isso é exatamente o que fizemos.
Aqui está um saco de batatas vazio que estava em uma mesa,
e vamos transformar esse saco de batatas em um microfone
filmando-o com uma câmera de vídeo
e analisando os mínimos movimentos que as ondas sonoras criam nele.
Aqui está o som que tocamos no quarto.
(Música: "Mary Had a Little Lamb")
E este é um vídeo em alta velocidade desse saco de batatas fritas.
A música está tocando.
Não há como vocês verem nada acontecendo nesse vídeo
somente olhando para ele,
mas aqui está o som que conseguimos recuperar apenas por meio da análise
dos minúsculos movimentos no vídeo.
(Música: "Mary Had a Little Lamb")
Eu chamo isso de... Obrigado.
(Aplausos)
Eu chamo isso de microfone visual.
Nós realmente extraímos sinais de áudio a partir de sinais de vídeo.
E só para dar-lhes um sentido da escala dos movimentos aqui,
um som bem alto fará com que o saco de batatas se mova menos de um micrômetro.
Isso é um milésimo de um milímetro.
Esses são os movimentos minúsculos que agora somos capazes de obter
apenas observando como a luz rebate em objetos
e é gravada por nossas câmeras.
Podemos recuperar sons a partir de outros objetos, tais como plantas.
(Música: "Mary Had a Little Lamb")
E podemos recuperar falas também.
Então aqui está uma pessoa falando em um quarto.
Voz (em inglês): Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,
and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go.
Michael Rubinstein: E aqui está a fala recuperada
a partir desse mesmo vídeo do batatas fritas.
Voz (em inglês): Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,
and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go.
MR: Usamos "Mary Had a Little Lamb"
porque acredita-se que foram as primeiras palavras
que Thomas Edison falou em seu fonógrafo em 1877.
Ele foi um dos primeiros gravadores de som na história.
Ele basicamente direcionava o som para um diafragma
que vibrava uma agulha que, basicamente, gravava o som em papel alumínio
enrolado em torno de um cilindro.
Aqui está uma demonstração de gravação e reprodução de som no fonógrafo de Edison:
(Video) Voz: Testando, testando, um, dois, três.
Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,
and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.
Testando, testando, um, dois, três.
Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,
and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.
MR: E agora, 137 anos depois,
somos capazes de obter som praticamente com a mesma qualidade
apenas observando objetos vibrando ao som com câmeras,
e podemos fazer isso mesmo com a câmera
a 4,5 metros de distância do objeto, e atrás de um vidro à prova de som.
Este é o som que conseguimos recuperar nesse caso.
Voz: Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,
and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.
MR: E, claro, vigilância é a primeira aplicação que vem em mente.
(Risos)
Mas isso pode ser realmente útil para outras coisas também.
Talvez no futuro, sejamos capazes para usá-lo, por exemplo,
para recuperar som através do espaço,
porque o som não pode viajar no espaço, mas a luz pode.
Nós apenas começamos a explorar
outros usos possíveis para esta nova tecnologia.
Ela nos permite ver processos físicos que sabemos que estão lá
mas que nunca pudemos ver com nossos próprios olhos até agora.
Esta é a nossa equipe.
Tudo o que eu mostrei hoje é o resultado de uma colaboração
com este incrível grupo de pessoas que vocês veem aqui,
e encorajo e convido vocês a conhecerem nosso site,
experimentá-lo vocês mesmos,
e se juntarem a nós na exploração desse mundo de pequenos movimentos.
Obrigado.
(Aplausos)