See invisible motion, hear silent sounds. Cool? Creepy? We can't decide

إذاً. خلال القرون القليلة الماضية، أحدثت المجاهر تغييراً لعالمنا

فقد أظهرت لنا الأجسام والحياة والتركيبات الدقيقة

والتي من الصعوبة بمكان النظر إليها بالعين المجردة

إنها مساهمة جبارة للعلم والتقنية

اليوم... أريد أن أعرفكم على نوع جديد من المجهر

مجهر للتغيير

إنه لا يستخدم الأضواء المرئية، مثل المجهر البسيط

لتكبير الأجسام الصغيرة،

لكنه يستخدم بدلاً من ذلك كاميرا الفيديو مع معالجة الصور

ليكشف لنا أصغر تغيرات الحركات والألوان في الأجسام والبشر،

التغيرات المستحيل علينا إدراكها بالعين المجردة.

والتي تسمح لنا بمشاهدة عالمنا بطريقة جديدة تماماً.

لذلك ما الذي أقصده بالتغيرات اللونية؟

جلودنا على سبيل المثال تتغير ألوانها قليلاً جداً

عندما يتدفق الدم تحته.

هذا التغيير دقيق لا يصدق،

وهذا هو السبب، عندما تنظر إلى الناس الآخرين،

عندما تنظر إلى الشخص الذي يجلس إلى جانبك،

فإنك لا تشاهد تغير ألوان جلودهم أو وجههم.

عندما ننظر إلى هذا الفيديو من ستيف، يبدو لنا وكأنه صورة ثابتة،

ولكن عندما ننظر إلى هذا الفيديو من خلال مجهرنا الخاص الجديد،

نفاجأ بأننا نرى صورة مختلفة تماما.

ما تراه هنا هو تغييرات صغيرة في لون جلد ستيف،

مكبرة 100 مرة بحيث تكون مرئية.

باستطاعتنا ،في الحقيقة، رؤية نبض الإنسان.

يمكننا أن نرى مدى سرعة ضربات قلب ستيف،

ولكن يمكننا أيضاً رؤية طريقة تدفق الدم الفعلي إلى وجه ستيف.

ويمكننا أن نفعل أكثر من إظهار النبض،

ولكن أيضا لاستعادة معدل ضربات قلوبنا،

وقياس معدل ضربات قلوبنا

ويمكننا ان نعمل ذلك بالكاميرات العادية وبدون لمس المرضى.

هكذا كما ترون معدل النبض ومعدل نبض القلب، التي اخذناها من طفل حديث الولادة

من شريط فيديو اخذنا بكاميرا الرقمية العادية،

وحصلنا على قياس معدل ضربات القلب

وحصلنا على قياس معدل ضربات القلب بنفس الدقة؛ كما لو قمت به في بالجهاز المخصص في المستشفى.

ولا يستلزم استخدام مقطع فيديو قمنا بتسجيله

بل يمكننا أيضا استخدام أي مقطع فيديو آخر

لذلك أخذت مقطع قصير من فلم "الرجل الوطواط يبدأ"

فقط لاظهار نبض كريستيان بايل

(ضحك)

وكما تعرفون، مفترضاً، انه يضع ماكياج،

الإضاءة هنا فيها نوع من التحدي،

ولكن ما زالنا، بواسطة شريط الفيديو، قادرون على معرفة نبضه

وإظهارها بشكل جيد نسبياً.

إذاً كيف نفعل كل ذلك؟

ببساطة، نقوم بتحليل التغييرات في الضوء والتي قمنا بتسجيلها

ومع مرور الوقت نكون قد حللنا كل بكسل

وبعد ذلك، نقوم برفع هذه التغييرات

فنقوم بتكبيرها، لنتمكن من رؤيتها

الجزء المحير هو تلك الإشارات

هذه التغييرات، التي نحن نتابعها، خفية للغاية،

لذلك علينا التروي عندما نريد تفريقهم

من الضوضاء التي تحدث في مقاطع الفيديو.

لذلك نقوم باستخدام تقنيات ذكية لمعالجة الصور

للحصول على معدل قياس دقيق للون في كل بكسل في مقطع الفيديو،

وبعد ذلك، يتغير اللون مع الوقت،

ثم نقوم بتضخيم هذه التغيرات.

نقوم بتكبيرها لنصنع هذه الأنواع المطورة او الضخمة من مقاطع الفيديو

وهذا في الحقيقة يبرز لنا التغيرات

ولكن اتضح لنا ان باستطاعتنا إبراز ليس فقط التغيرات الدقيقة في اللون

بل كذلك الحركات الدقيقة،

وهذا بسبب أن الضوء المسجل بكاميراتنا

لن يغير فقط لون الجسم المتغيرة،

بل حتى تحرك الجسم.

والآن.. هذه بنتي عندما كان عمرها شهرين.

ومقطع الفيديو هذا قمت بتسجيله منذ ثلاث سنوات.

وكوالدين جديدين، نريد كلناأن نبقي اطفالنا بصحة جيدة.

يتنفسون جيداً، وأنهم احياء بالطبع.

لذلك حصلت على اجهزة مراقبة الأطفال

لتمكنني من مراقبة طفلتي وهي نائمة.

وهذا إلى حد كبير ما ترونه مسجلاً من هذا الجهاز.

أنتم تشاهدن الطفلة نائمة، ولكن دون معلومات معتبرة عنها.

لا يوجد ما يستحق ملاحظته.

هل من الأفضل أو المفيد

إن شاهدنا المنظر بهذه الشكل.

لذلك قمت بتكبير التحركات 30 مرة.

لأتمكن من مشاهدة طفلتي حية ترزق.

(ضحك)

هنا المقارنة جنباً إلى جنب.

مرة اخرى إن كان مقطع الفيديو هو الأصلي،

فلا يوجد ما يمكن ملاحظته،

ولكن عندما نقوم بتكبير الحركات، فإننا سنلاحظها بوضوح.

ويتضح لنا وجود الكثير من الظواهر

ويمكننا إبراز وتكبير بواسطة مجهر

نستطيع مشاهدة كيف تنبض أوردتها وشرياننا في أجسادنا.

نستطيع مشاهدة الحركة الثابتة لعينينا

في هذه الحركة المتذبذبة.

وهذه في الحقيقة عيني،

وهذا مرة أخرى مقطع فيديو مسجل بعد ولادة طفلتي،

لذلك تلاحظون اني لم أنم جيداً. (ضحك)

حتى عندما يبقى الشخص جالساً،

يوجد الكثير من المعلومات التي يمكن استخراجها

عن أنواع التنفس، وتعابير الوجه الدقيقة.

من الممكن استخدام هذه الحركات

لمعرفة افكارنا ومشاعرنا.

وأيضاً بإمكاننا تكبير الحركة الصغيرة الميكانيكية،

مثل الاهتزازات في المحركات،

والتي من الممكن ان تساعد المهندسين لاكتشاف وتشخيص المشاكل الآلية،

أو مشاهدة كيف تتأثر المباني والمنشآت من الرياح ومقاومتها للقوة.

هذه هي الأشياء التي يعلم مجتمعنا كيف يقيسها بعدة طرق،

لكن قياس هذه الحركات شيء،

ومشاهدة هذه الحراكات كما تحدث

شيءٌ اخر تماماً.

ومنذ اكتشافنا لهذه التقنية الجديدة،

وفرنا الرمز في الشبكة العنكبوتية ليتمكن الناس من استخدامها وتجريبها.

إنه من السهل استخدامها.

يمكنك العمل عليها بمقاطع الفيديو الخاص بك.

مساعدينا في البحوث الكمية أنشأوا موقع رائع

والتي يمكنك رفع مقاطع الفيديو ومعالجتها في الانترنت،

حتى لو لم يكن عندك خبره في استخدام الحاسب وبرامجه،

يمكنك بسهولة استعماله بهذا المجهر الجديد.

واضرب لكم مثالين فقط

كيف استخدمت.

مقطع اليوتيوب هذا، سُجل من تامس 85

في الحقيقة لا اعرف هذا المستخدم،

لكنه او لكنها استخدمت برنامجنا

لتكبير حركة البطن الدقيقة أثناء الحمل.

إنها مخيفة.

(ضحك)

يستخدم الناس الجهاز لتكبير تنصرت الشرايين في أيديهم.

وأنتم تعرفون انها ليست علمية، ما لم تستخدم الخنزير المنقرض في جنوب قارة امريكا،

ومن الظاهر ان هذا الخنزير يدعى تفني،

ويدعي هذا المستخدم انه اول منقرض على الارض

كانت هذه حركة مكبرة.

يمكنك أيضاً استخدام الفن بها.

هذا المقطع أرسل لي من طالب تصميم من جامعة ييل.

انها تريد معرفة ما اذا كان هناك اختلاف.

في تحركات زملاءها بالجامعة.

طلبت منهم الوقوف ثابتين لكي تتمكن من تكبير حركتهم.

إنها تشبه الصور الثابتة التي تبعث للحياة.

وأجمل ما في هذين المثالين

اننا لا يمكن ان نتصرف بهما.

نحن فقط نزودك بأدواتنا لتتمكن من رؤية العالم بطريقة جديدة،

والنَّاس بعد ذلك سيجدون طرق أخرى مثيرة وجديدة وإبداعيةلاستخدامها.

ولكن لم نتوقف عند ذلك.

هذه الاداة لم تسمح لنا بالنظر للعالم بطريقة جديدة أيضاً،

نستطيع إعادة تحديد ما يمكننا عمله

ودفع حدود ما يمكننا عمله بكاميراتنا.

لذلك كعلماء، بدأنا نتسآئل،

ما هي أنواع المظاهر الفيزيائية التي تنتج هذه الحركات الدقيقة

والتي نستطيع بكاميراتنا قياسها؟

وإحدى المظاهر التي نركز عليها حالياً هو الصوت.

الصوت، كما نعرف، مُتَغير

بواسطة ضغط الهواء، والذي ينتقل عن طريق الهواء.

فيضرب الضغط الأجسام، تقوم بإنشاء تردد صغير بداخلها،

وهذا يوضح ما نسمعه وما نسجله.

واتضح كذلك أن الصوت ينتج حركات مرئيّة.

هذه الحركات لا نستطيع مشاهدتها

لكنها مرئيّة للكاميرا مع المعالج المناسب.

والآن يوجد مثالين.

هذا أنا اجرب مهارات صوتي العظيم

(غناء)

(ضحك)

وأخذت مقطع مسّرع لحلقي وأنا أهمهم.

مرة اخرى، ان قمت بالتركيز في مقطع الفيديو هذا،

فلا يمكن أن تشاهد ما يلفت الانتباه،

ولكن عندما نكبر الصور 100 ضعفاً، فإننا نتمكن من مشاهدة كل الحركات التموجات

في العنق الذي يشارك في إنتاج الصوت.

تلك الإشارة في مقطع الفيديو هذا.

ونعرف أيضاً أن المغنين يستطيع كسر كأس من الخمر

إذا تمكنوا من العزف على الوتر الحساس.

والآن، سنقوم بعزف نوتة

تردد صدى الكأس هذا

من مكبر الصوت الذي بجانبه.

وعندما نعزف النوتة ونكبر الحركات 250 مرة،

نستطيع بوضوح تاماً أن نرى كيف يتذبذب الكأس

والصدى في استجابة للصوت.

إنه ليس من المعتاد مشاهدته يوميًا.

لكن هذا حثنا على التفكير. اعطانا الفكرة المجنونة هذه.

هل يمكننا قلب هذه العملية واسترجاع الصوت من الفيديو

بواسطة التذبذبات الدقيقة والتي ينشؤها تموج الصوت في الأجسام،

و نقل الصوت الذي ينتجهم.

بهذه الطريقة، باستطاعتنا تحويل الأجسام في المايكروفونات.

وهذا بالضبط ما عملناه.

والآن، هنا كيس فارغ من رقائق البطاطس الموضوع على الطاولة،

وستحول هذا الكيس إلى مايكروفون

من خلال تسجيله بالكاميرا

وتحليل التحركات الدقيقة، المكّونة من تموجات الصوت بداخله.

والآن، هذا هو الصوت الذي شغلناه في الغرفة.

(موسيقى)

وهذا فيديو مسّرع ومسجل في الكيس.

مرة اخرى، تشغيل الصوت.

لا يوجد فرصة لمشاهدة أي شيء في مقطع الفيديو

بمجرد رؤيته،

ولكن نستطيعوا استعادة هذا الصوت بمجرد تحليل

تحركاته الدقيقة في الفيديو.

(موسيقى)

انا اطلق عليه... شكراً لكم.

(تصفيق)

انا اطلق عليه المايكرفون المرئي.

في الحقيقة، استخرجنا الإشارات الصوتية من إشارات الفيديو.

ولاعطاءكم فكرة عن مقدار الحركات هنا،

الصوت العالي نسبيا سوف يتسبب بحركة الكيس باقل من مايكروميتر.

هذا واحد على الألف مليمتر.

هذه دقة الحركات، والتي استطعنا استخرجها

بملاحظة فقط كيف يتردد الضوء خارج الأجسام

وتسجيله بكاميرتنا

نستطيع استخراج الصوت من أجسام اخرى كالشجر

(موسيقى)

وتستطيع استرجاع الخطاب كذلك.

هنا شخص يتحدث في الغرفة.

صوت: ماري تملك خروف صغير، صوفه ابيض كالثلج،

واينما ذهبت ماري، يتبعها الخروف.

مايكل روبنسون: والآن الكلام بعد استخراجه

فقط من خلال هذا الفيديو من نفس كيس البطاطس.

صوت: ماري تملك خروف صغير، صوفه ابيض كالثلج،

واينما ذهبت ماري، يتبعها الخروف.

السيد: نحن استخدمنا "ماري تملك خروف صغير"

لأن هذه الكلمات قيلت لتكون الأُولى

من توماس إديسون من خلال نسجله في عام 1877.

إنه أول صوت مسجل بأجهزة في التاريخ.

إنه ببساطة توجيه الصوت إلى طبلة الهاتف

والتي هزت الابرة المثبتة أساساً للصوت على صفيحة الألمونيوم

والملفوفة حول الأسطوانة.

هنا مثال لعملية تسجيل وإعادة تشغيل الصوت من مسجل إديسون.

(فيديو) صوت: اختبار، اختبار، واحد، اثنين، ثلاثة.

ماري تملك خروف صغير، صوفه ابيض كالثلج،

واينما ذهبت ماري، يتبعها الخروف.

صوت: اختبار، اختبار، واحد، اثنين، ثلاثة.

ماري تملك خروف صغير، صوفه ابيض كالثلج،

واينما ذهبت ماري، يتبعها الخروف.

السيد: والآن بعد 137'

بإمكاننا الحصول على الصوت نفس جودة الصوت تقريباً

ولكن بمجرد مشاهدة الأجسام المهتزة من الصوت عن طريق الكاميرا

بإمكاننا عمل ذلك عندما تكون الكاميرا

على بعد 15 قدم من الجسم، خلف الزجاج العازل للصوت.

وهذا هو الصوت الذي تمكنا من استخراجه في هذا الأمر.

صوت: ماري تملك خروف صغير، صوفه ابيض كالثلج،

واينما ذهبت ماري، يتبعها الخروف.

السيد: وبالطبع، الرقابة اول شيء يخطر على البال.

(ضحك)

ولكن من المحتمل أن تكون مفيدة من نواحي أخرى أيضاً.

ربما في المستقبل نستطيع ان نستخدمها على سبيل المثال،

لمعرفة الأصوات القادمة من الفضاء،

لأن الصوت لا يمكنه الانتقال عبر الفضاء، بعكس الضوء.

نحن لتونا بدانا بالاكتشاف

الأسباب الاخرى المُحتملة لاستخدام هذه التقنية الجديدة.

إنها تمكننا من مشاهدة العمليات الفيزيائية والتي نعلم وجودها

ولكن لم نتمكن من مشاهدتها بأعيننا حتى الان.

هذا هو فريقنا.

كل ما شاهدتموه هو نتيجة من تعاوننا

مع فريق العمل العظيم الذي تنظرن إليه،

وأشجعكم وأرحب بكم للتحقق من موقعنا،

بتجردها بأنفسكم،

وانضموا لنا في استكشاف عالم الحركات الدقيقة.

شكراً لكم.

(تصفيق)