Za posledných pár storočí mikroskopy zmenili náš svet.
Odhalili nám maličký svet živých i neživých objektov,
štruktúr, ktoré sa nedajú vidieť voľným okom.
Obrovsky prospeli vede a technike.
Dnes by som vám rád predstavil nový typ mikroskopu,
mikroskop na zmeny.
Nevyužíva optiku, ako bežný mikroskop,
na zväčšovanie malých objektov.
Miesto toho pomocou kamery a spracovania obrazu
odhaľuje jemné pohyby a farebné zmeny vecí i ľudí,
zmeny, ktoré voľným okom nezbadáme.
Dovoľuje nám vidieť náš svet úplne novým spôsobom.
Čo myslím pod farebnými zmenami?
Napríklad pleť jemnúčko mení farbu,
keď pod ňou prúdi krv.
Tá zmena je neuveriteľne malá,
preto, keď sa na niekoho pozriete,
na človeka, čo sedí vedľa vás,
nevidíte, že by jeho pleť menila farbu.
Pozrime sa na Stevea na tomto videu. Vyzerá to ako statická fotka.
Ale keď sa na video pozrieme naším novým špeciálnym mikroskopom,
zrazu uvidíme úplne iný obrázok.
To čo tu vidíte, sú malé farebné zmeny Steveovej pokožky
zvýraznené 100-krát, takže sa dajú vidieť.
Vidíme vlastne ľudský tep.
Vidíme, ako rýchlo bije Steveovi srdce,
a tiež cesty, ktorými prúdi krv v jeho tvári.
Nielen, že vieme tep zviditeľniť,
môžeme aj určiť jeho frekvenciu
a merať tak tep.
Stačí na to obyčajná kamera a pacienta sa netreba ani dotknúť.
Tu vidíte tep a srdcovú frekvenciu novorodenca,
ktoré sme získali z videa, natočeného obyčajnou DSLR kamerou.
Naše meranie je rovnako presné
ako štandardný monitorovací prístroj v nemocnici.
A to ani nemusíme video natočiť sami.
Môžme v podstate použiť aj iné videá.
Tu som vybral krátky záber z filmu Batman začína,
aby som vám ukázal tep Christiana Balea.
(smiech)
Zrejme má make-up
a osvetlenie je trochu problematické,
ale aj tak vieme len na základe videa určiť jeho tep
a celkom pekne ho ukázať.
Takže ako to celé robíme?
V podstate analyzujeme svetelné zmeny
každého pixelu v priebehu času
a potom ich zvýrazníme.
Zmeny zväčšíme, aby sme ich videli.
Háčik je v tom, že tieto signály,
zmeny, ktoré nás zaujímajú, sú extrémne slabé.
Musíte byť veľmi opatrní pri ich rozlíšení
od ruchu, ktorý je v každom videu.
Pomocou rôznych šikovných techník spracovania obrazu
vieme veľmi presne určiť farbu v každom pixeli,
a tiež farebné zmeny v čase
a nakoniec tieto zmeny zvýrazniť.
Vytvoríme tak takéto vylepšené či zosilnené videá,
na ktorých sú zmeny viditeľné.
[Pohybový mikroskop]
Ukázalo sa, že takto dokážeme zobraziť nielen malé zmeny farieb,
ale aj jemné pohyby,
pretože svetlo, ktoré kamera zachytí,
sa nemení len s farbou objektu,
ale tiež, keď sa objekt hýbe.
Toto je moja dcéra, keď mala tak dva mesiace.
Video som natočil asi pred troma rokmi.
Ako čerství rodičia si všetci chceme byť istí, že naše bábätko
je zdravé, že dýcha, že žije, samozrejme.
Takže aj ja som si kúpil baby monitor,
aby som mohol vidieť malú, keď spí.
Takto nejako to vyzerá na bežnom baby monitore.
Vidíme, že bábo spí, ale príliš veľa informácií nemáme.
Nevidíme toho zas tak veľa.
Nebolo by lepšie, informatívnejšie, užitočnejšie,
keby sme sa na to mohli pozrieť takto?
30-krát som zvýraznil zachytené pohyby
a hneď som videl, že malá fakt žije a dýcha.
(smiech)
Pre porovnanie.
Na pôvodnom videu
veľa nevidieť,
ale keď zvýrazníme pohyby, dýchanie je oveľa lepšie vidno.
Ukázalo sa, že je veľa javov,
ktoré vie náš nový pohybový mikroskop odhaliť.
Vidíme, ako nám v tele pulzujú žily a tepny.
Vidíme, že oči máme
v neustálom pohybe.
Toto je moje oko,
z videa natočeného po narodení dcérky.
Vidno, že som toho veľa nenaspal.
Aj keď človek len kľudne sedí,
vieme získať kopu informácií
o jeho dýchacích vzorcoch, jemných výrazoch tváre.
Možno by nám tieto pohyby
mohli niečo prezradiť o našich myšlienkach či pocitoch.
Zvýrazniť vieme aj malé mechanické pohyby,
ako sú vibracie motoru,
a pomôcť tak inžinierom detekovať problémy strojného zariadenia
alebo vidieť, ako sa konštrukcie kývu vo vetre a reagujú na sily.
Všetky tieto veci vieme merať aj inak,
ale merať pohyby je jedna vec
a vidieť ich prebiehať v reálnom čase
je niečo úplne iné.
Hneď ako sme túto techniku vyvinuli,
zverejnili sme softvér na internete, aby s ňou mohol každý experimentovať.
Uživateľsky veľmi jednoduché.
Funguje s vašimi videami.
Naši spolupracovníci v Quanta Research vytvorili dokonca stránku,
kde môžte nahrať vaše video a spracovať ho online,
takže aj keď nemáte skúsenosti s IT a programovaním,
ľahko môžete experimentovať s týmto novým mikroskopom.
Rád by som vám ukázal pár príkladov
od používateľov.
Toto video dal na youtube istý Tamez85.
Neviem, kto to je,
ale použil alebo použila náš soft
na zvýraznenie jemných pohybov brucha v tehotenstve.
Trošku desivé.
(smiech)
Iní zosilňujú pulzujúce žily na ruke.
A nič nie je skutočná veda, kým nepoužijete morča.
Podľa všetkého sa toto morča volá Tiffany
a daný užívateľ tvrdí, že je to prvý hlodavec na Zemi,
ktorý bol pohybovo zosilnený.
Dá sa použiť aj v umení.
Toto mi poslala jedna študentka dizajnu z Yale.
Zaujímali ju rozdiely
v pohyboch jej spolužiakov.
Natočila, ako pokojne stoja a potom zvýraznila pohyby.
Ako keď fotky ožijú.
Na týchto ukážkach je pekné to,
že sme s nimi nemali nič spoločné.
Len sme poskytli nový nástroj, nový spôsob, ako sa dívať na svet
a ľudia sami našli zaujímavé, nové a tvorivé využitie.
Tým sme ale neskončili.
Vďaka tomuto nástroju nielen že vidíme svet novými očami,
ale zároveň redefinujeme
a posúvame hranice toho, čo sa s foťákom dá robiť.
Ako vedci sme začali pátrať
po ďalších javoch, vyvolávajúcich malé pohyby,
ktoré teraz môžeme merať kamerou.
A jeden z takýchto javov, na ktorý sme sa zamerali, je zvuk.
Zvuk, ako všetci vieme, to sú zmeny tlaku,
ktoré sa šíria vzduchom.
Keď táto tlaková vlna narazí na objekt, jemne ho rozvibruje.
Vďaka tomu zvuk počujeme i nahrávame.
Ukázalo sa, že zvuk tiež vyvoláva vizuálne pohyby.
Pohyby, ktoré oko neodhalí,
ale video s príslušným spracovaním už áno.
Mám tu dva príklady.
Tu predvádzam svoj úžasný spevácky talent.
(spev)
(smiech)
Nahral som svoje brumendo na vysokorýchlostné video.
Ak sa na video pozriete,
ani teraz neuvidíte nič moc,
ale keď pohyby zvýrazníme 100-krát,
vidíme, ako sa hrdlo pri vydávaní zvuku hýbe a vlní.
Ten signál je tam.
Vieme tiež, že speváci dokážu rozbiť pohár na víno,
ak trafia správny tón.
Takže pustíme tón,
ktorý je v rezonancii s pohárom
pomocou reproduktoru vedľa neho.
Keď pustíme tón a pohyby zvýrazníme 250-krát,
veľmi jasne vidíme, ako pohár vibruje
a rezonuje v reakcii na ten zvuk.
Toto neuvidíte každý deň.
Nedalo nám to pokoj, prišiel ten šialený nápad.
Mohli by sme tento proces obrátiť a dostať zvuk z videa
analýzou vibrácií, vytvorených v objektoch zvukovými vlnami
a konvertovať ich späť na pôvodný zvuk?
Takto spravíme z bežných vecí mikrofóny.
Presne to sme urobili.
Tu máme prázdny obal od zemiačkov ležiaci na stole
a spravíme z neho mikrofón
tým, že ho nafilmujeme
a zanalyzujeme jemné pohyby, ktoré v ňom zvukové vlny vytvorili.
Toto hralo v tej miestnosti.
(pesnička Mary mala ovečku)
a toto je vysokorýchlostné video nášho vrecka.
Video je pustené,
ale ako vždy, nič nevidíme
prostým pohľadom.
Ale tu máme zvuk, ktorý sme získali len analýzou
jemného pohybu na videu.
(pesnička Mary mala ovečku)
Volám to… Ďakujem.
(potlesk)
Volám to vizuálny mikrofón.
Extrahujeme audio signál z video signálu.
Aby ste mali predstavu o mierke,
fakt silný zvuk pohne vreckom o menej než mikrometer.
To je tisícina milimetra.
Tak maličké sú pohyby, ktoré teraz vieme vytiahnuť
tým, že svetlo, ktoré sa odrazí od predmetu
nahráme na kameru.
Pôvodný zvuk vieme dostať aj z iných predmetov, napríklad z rastlín.
(pesnička Mary mala ovečku)
Funguje to aj s rečou.
Tu niekto rozpráva v miestnosti.
Hlas: Mary mala ovečku s bielučkou vlnou
a všade kam Mary šla, šla ovečka s ňou.
A toto sme z toho dostali
pomocou nášho vrecka od zemiačkov.
Hlas: Mary mala ovečku s bielučkou vlnou
a všade kam Mary šla, šla ovečka s ňou.
Použili sme Mary mala ovečku,
lebo to sú vraj prvé slová,
ktoré Edison nahral svojím fonografom v roku 1877.
To bol jeden z prvých nahrávacích prístrojov v dejinách.
Zvuk dopadal na membránu,
tá rozvibrovala ihlu, ktorá zvuk vyryla do staniolu
obtočeného okolo valčeku.
Tu je ukážka nahrávania s Edisonovým fonografom.
Hlas: Skúška, skúška raz, dva, tri.
Mary mala ovečku s bielučkou vlnou
a všade kam Mary šla, šla ovečka s ňou.
Skúška, skúška, raz, dva, tri.
Mary mala ovečku s bielučkou vlnou
a všade kam Mary šla, šla ovečka s ňou.
Dnes, o 137 rokov neskôr,
vieme dostať zvuk porovnateľnej kvality
len na základe videa vibrujúceho predmetu,
a to aj keď je kamera
5 metrov od predmetu za zvukotesným sklom.
Za takých podmienok sme získali toto:
Hlas: Mary mala ovečku s bielučkou vlnou
a všade kam Mary šla, šla ovečka s ňou.
Samozrejme, odpočúvanie je prvá vec, čo človeka napadne.
(smiech)
Ale dá sa to využiť aj inak.
Možno sa nám v budúcnosti podarí
nahrať zvuky z vesmíru,
pretože zvuk sa v kozme nešíri, ale svetlo áno.
Len sme začali objavovať
možnosti využitia tejto novej techniky.
Môžme vidieť fyzikálne javy, o ktorých sme síce vedeli,
ale doteraz sme ich nikdy nevideli na vlastné oči.
Toto je náš tím.
Všetko, čo som vám dnes ukázal, je výsledok spolupráce
s touto skvelou partou
a odporúčam vám navštíviť našu stránku,
vyskúšajte si to sami,
a pridajte sa k nám pri objavovaní sveta malých pohybov.
Ďakujem vám.
(potlesk)