Under de senaste århundradena
har mikroskopen revolutionerat vår värld.
De har avslöjat en liten värld av objekt, liv och strukturer
som är för små för att vi ska kunna se dem med blotta ögat.
De är ett enormt bidrag till forskning och teknik.
Idag skulle jag vilja introducera en ny sorts mikroskop,
ett mikroskop för förändringar.
Det använder inte optik som ett vanligt mikroskop
för att göra små objekt större.
Istället använder den en videokamera och bildbehandling
för att avslöja de minsta rörelserna
och färgförändringarna hos saker och människor
förändringar som är omöjliga för oss att se med blotta ögat,
Och det låter oss se på världen på ett helt nytt sätt,
Så vad menar jag med färgförändringar?
Vår hud, till exempel, ändrar färg en liten aning
när blodet flödar under den.
Den förändringen är otroligt subtil,
så att när du tittar på andra,
när du tittar på personen bredvid dig,
så ser du inte att deras hud eller deras ansikte ändrar färg.
När vi tittar på filmen av Steve här, så ser det ut som en statisk bild,
men när vi tittar på den här filmen genom vårt nya specialmikroskop,
så ser vi plötsligt en helt annan bild.
Vad ni ser här är små förändringar i färgen på Steves hud,
förstorade 100 gånger så att de blir synliga.
Vi kan faktiskt se en mänsklig puls.
Vi kan se hur fort Steves hjärta slår,
men vi kan också se på vilket sätt blodet flödar i hans ansikte.
Och vi kan göra det, inte bara för att visualisera pulsen,
utan också för att hämta in vår hjärtfrekvens,
och mäta vår hjärtfrekvens.
Vi kan göra det här med vanliga kameror och utan att röra vid patienterna.
Så, här ser ni pulsen och hjärtfrekvensen hos en nyfödd bebis, som vi har tagit ut
från en film som har spelats in med en vanlig DSLR-kamera.
Och den hjärtfrekvens vi kan mäta upp
är lika exakt som en som man kan mäta upp med standardutrustning på ett sjukhus.
Och filmen behöver inte ens ha spelats in av oss.
Vi kan i huvudsak göra det även med andra filmer.
Så jag tog bara ett kort klipp från "Batman begins" här
bara för att visa Christian Bales puls.
(Skratt)
Och som ni vet har han antagligen smink,
ljussättningen här är rätt utmanande,
men ändå kan vi ta ut hans puls från den här filmen
och visa upp den ganska tydligt.
Så, hur gör vi allt det här?
I grund och botten analyserar vi förändringar i det inspelade ljuset
i varje pixel i filmen över tid.
Och sen skruvar vi upp förändringarna.
Vi gör dem större så att vi kan se dem.
Det svåra är att de signalerna,
de förändringar som vi är ute efter är extremt subtila,
så vi måste vara väldigt försiktiga när vi försöker separera dem
från störningar som alltid finns på filmer.
Så vi använder några smarta bildbehandlingstekniker
för att få ett väldigt exakt mått på färgen i varje pixel i filmen
och sen på hur färgen förändras över tid.
Därefter förstärker vi de förändringarna.
Vi förstorar dem för att skapa den sortens förstärkta filmer
som faktiskt kan visa upp de förändringarna.
Men det visar sig att vi inte bara kan göra det här för
att visa små färgförändringar,
utan också små rörelser,
och det beror på att det ljus som spelas in på våra kameror
inte bara ändrar sig om objektets färg ändrar sig
utan också om objektet rör sig.
Det här är min dotter när hon var ungefär två månader gammal.
Jag spelade in den här filmen för ungefär tre år sen.
Och som nyblivna föräldrar vill vi alla säkerställa
att våra barn mår bra, att de andas, att de lever - förstås.
Så även jag skaffade en sån där babyvakt
så att jag kunde se min dotter när hon låg och sov.
Och det här är ungefär vad man kan se med en vanlig babyvakt.
Man kan se att barnet sover, men det finns inte så mycket information att hämta.
Vi kan inte se särskilt mycket.
Skulle det inte vara bättre, mer informativt, mer användbart
om vi istället kunde se bilden så här.
Så här tog jag rörelserna och förstorade dem 30 gånger,
och så kunde jag tydligt se att min dotter fortfarande var vid liv
och andades.
(Skratt)
Här är en jämförelse sida vid sida.
Så, igen, i källfilmen, i ursprungsfilmen
så kan vi inte se så mycket,
men när vi förstorar rörelserna blir andningen mycket mer synlig.
Det visar sig att det finns en lång rad fenomen
som vi kan avslöja och förstora med vårt nya rörelsemikroskop.
Vi kan se hur våra vener och artärer pulserar i våra kroppar.
Vi kan se att våra ögon konstant rör sig
i en svajig rörelse.
Och det där är faktiskt mitt öga,
och igen, den här filmades strax efter att min dotter föddes,
så det syns att jag inte fick så mycket sömn.
(Skratt)
Även när en person sitter still
så finns det massor med information att hämta
om andningsmönster, små ansiktsuttryck.
Kanske kan vi använda rörelserna
till att berätta något om våra tankar eller känslor.
Vi kan också förstora små mekaniska rörelser,
som vibrationer i motorer,
som kan hjälpa maskinister att upptäcka och diagnosticera maskinproblem,
eller se hur byggnader och konstruktioner rör sig i vind eller andra krafter.
Det här är saker som vi redan kan mäta på olika sätt i samhället,
men att mäta rörelserna är en sak,
och att faktiskt se rörelserna medan de pågår
är en helt annan sak.
Och redan när vi upptäckte den här nya tekniken
gjorde vi koden tillgänglig online så att andra kunde experimentera med den.
Den är väldigt enkel att använda.
Den kan fungera på dina egna filmer.
Våra partners på Quantum Research har skapat den här fina webbplatsen
där man kan ladda upp filmer och behandla dem online,
så även om du inte har någon erfarenhet av datorvetenskap eller programmering
så kan du ändå enkelt experimentera med det nya mikroskopet.
Och jag skulle vilja visa bara några exempel
av vad andra har gjort med det.
Den här filmen är gjord av en YouTube-användare
som kallar sig Tamez85.
Jag vet inte vem användaren är,
men han, eller hon, har använt vår kod
till att förstora små magrörelser under en graviditet.
Det är ganska läskigt.
(Skratt)
Folk har använt den till att förstora pulserande vener på händerna.
Och du vet att det inte är riktig forskning om det inte innefattar marsvin,
och tydligen heter det här marsvinet Tiffany,
och den här YouTube-användaren påstår att det är den första gnagaren på jorden
som har fått sina rörelser förstorade.
Man kan också skapa konst med den.
Jag fick den här filmen av en designstudent från Yale.
Hon ville se om det fanns några skillnader
i hur hennes klasskamrater rör sig.
Hon fick dem att stå still och förstorade sen rörelserna.
Det är som att se stillbilder få liv.
Och det fina med de här exemplen
är att vi inte hade något med dem att göra.
Vi tillhandahöll bara ett nytt verktyg, ett nytt sätt att se på världen,
och sen hittar folk andra intressanta, nya och kreativa sätt att använda det.
Men vi stannade inte vid det.
Det här verktyget låter oss inte bara se på världen på ett nytt sätt,
det omdefinierar vad vi kan göra
och flyttar gränserna för vad vi kan göra med våra kameror.
Så, som vetenskapsmän började vi fundera på
om det fanns andra fysiska fenomen som skapar små rörelser
som vi kunde mäta med våra kameror?
Och ett sånt fenomen som vi nyligen fokuserade på är ljud.
Ljud är, som vi alla känner till, i huvudsak förändringar
i lufttryck som förflyttas genom luften.
De tryckvågorna träffar objekt och skapar små vibrationer i dem,
det är så vi hör och så vi spelar in ljud.
Men det visar sig att ljud också producerar synliga rörelser.
Det är rörelser som inte är synliga för oss
men som är synliga för kameran, med rätt behandling.
Här är två exempel.
Det här är jag som visar upp min fantastiska sångförmåga.
(Sjunger)
(Skratt)
Och jag gjorde en höghastighetsfilm av min hals medan jag hummade.
Igen, om du stirrar på filmen
så är det inte så mycket som syns,
men när vi förstorar rörelserna 100 gånger ser vi alla rörelser och krusningar
i halsen som är involverade i att producera ljudet.
Den signalen syns där i filmen.
Vi vet också att sångare kan spräcka ett vinglas
om de träffar rätt ton.
Så här ska vi spela en ton
som ligger inom glasets resonansfrekvens
genom en högtalare precis bredvid.
När vi spelar tonen och förstorar rörelserna 250 gånger,
så kan vi väldigt tydligt se hur glaset vibrerar
och resonerar som svar på ljudet.
Det här är ingenting som man är van vid att se.
Men det fick oss att tänka till. Vi fick en galen idé.
Kan vi faktiskt invertera processen och hämta in ljud från filmen
genom att analysera de små vibrationerna som ljudvågorna orsakar i objekten,
och egentligen konvertera dem tillbaka till de ljud som producerade dem.
På det här sättet kan vi omvandla vardagliga saker till mikrofoner.
Så det var precis vad vi gjorde.
Här är en tom chipspåse som låg på bordet,
och vi ska göra om chipspåsen till en mikrofon
genom att filma den med en kamera
och analysera de små rörelserna som ljudvågorna skapar i den.
Här är ljudet som vi spelade i rummet.
(Musik: "Mary har ett litet lamm")
Och här är en höghastighetsfilm av chipspåsen som vi spelade in.
Den spelar igen.
Det finns ingen möjlighet att se vad vad som händer i filmen
bara genom att titta på den,
men här är ljudet som vi kunde återskapa
genom att analysera de små rörelserna i filmen.
(Musik: "Mary har ett litet lamm")
Jag kallar det för... Tack.
(Applåder)
Jag kallar det för den visuella mikrofonen.
Vi extraherar faktiskt ljudsignaler från videosignaler.
Och bara för att ge er en känsla för rörelseskalan här:
Ett ganska högt ljud skulle få chipspåsen att röra sig mindre än en mikrometer.
Det är en tusendels millimeter.
Så små är de rörelser som kan vi nu dra ut
bara genom att observera hur ljuset studsar på objekt
och spelas in av våra kameror.
Vi kan hämta in ljud från andra objekt, som växter.
(Musik: "Mary har ett litet lamm")
Och vi kan hämta in tal.
Här talar en person i ett rum.
Röst: Mary har ett litet lamm med ull så len och vit
och vart än lilla Mary går, går lammet också dit.
Michael Rubinstein: Och här är samma tal igen,
inhämtat från den här filmen med samma chipspåse.
Röst: Mary har ett litet lamm med ull så len och vit
och vart än lilla Mary går, går lammet också dit.
MR: Vi använde "Mary har ett litet lamm"
därför att det påstås att de var de första orden
som Thomas Edison talade in i sin fonograf 1877.
Det var en av historiens första ljudinspelningsmaskiner.
Den riktade helt enkelt in ljuden på ett membran som vibrerade en nål
som egentligen graverade in ljudet på aluminiumfolie
som var lindad runt cylindern.
Här är en demonstration av in- och uppspelning av ljud med Edisons fonograf.
(Video) Röst: Testar, testar, ett två tre.
Mary har ett litet lamm med ull så len och vit,
och vart än lilla Mary går, går lammet också dit.
Testar, testar, ett två tre.
Mary har ett litet lamm med ull så len och vit,
och vart än lilla Mary går, går lammet också dit.
MR: Och nu, 137 år senare,
kan vi få ut ljud med i princip samma kvalitet,
men genom att bara titta på objekt som vibrerar till ljud via kameror,
vi kan till och med göra det när kameran
är 4,5 m bort från objektet bakom ljudisolerat glas.
Det här är det ljud vi kunde hämta in i det fallet.
Röst: Mary har ett litet lamm med ull så len och vit,
och vart än lilla Mary går, går lammet också dit.
MR: Och självklart är övervakning det första som dyker upp på näthinnan.
(Skratt)
Men det kan faktiskt komma till nytta i andra sammanhang också.
Kanske kommer vi i framtiden till exempel kunna
hämta in ljud genom rymden,
därför att ljud kan inte färdas i rymden, men det kan ljus.
Vi har bara börjat att utforska
andra möjliga användningsområden för den här nya teknologin.
Det låter oss se fysiska processer som vi vet finns där
men som vi aldrig har kunnat observera med blotta ögat förrän nu.
Det här är vårt team.
Det som jag har visat här idag är resultatet av samarbete
med den här fantastiska gruppen,
och jag uppmuntrar och välkomnar er att kolla in vår webbplats,
testa själva,
och göra oss sällskap i utforskandet av de små rörelsernas värld.
Tack.
(Applåder)