Nhìn những chuyển động vô hình, nghe những âm thanh câm lặng. Tuyệt vời? Đáng sợ? Chúng ta không thể quyết định được

Làm quen với " kính hiển vi đo chuyển động", một công cụ xử lý video giúp cho ta thấy được những sự thay đổi thuộc về chuyển động và màu sắc mà mắt thường không thể thấy được. Nhà nghiên cứu hình ảnh Micheal Rubinstein trình chiếu những đoạn clip cho thấy cách công nghệ này có thể theo dõi mạch và nhịp tim chỉ từ một phần của đoạn phim. Xem anh ấy tái tạo lại một cuộc trò chuyện bằng cách khuếch đại những chuyển động từ sóng âm thanh bật khỏi một túi khoai tây chiên. Đối với các ứng dụng đầy cảm hứng và đe dọa của công nghệ này, bạn phải tận mắt thấy để tin.

Trong vài thế kỉ qua,
kính hiển vi đã cách mạng hoá thế giới.

Cho chúng ta thấy thế giới nhỏ bé
của vật thể, cuộc sống, cấu trúc

những vật quá nhỏ để nhìn bằng mắt thường.

Chúng đóng vai trò to lớn
trong khoa học và công nghệ.

Hôm nay tôi sẽ giới thiệu với các bạn
một loại kính hiển vi mới,

kính hiển vi cho những biến đổi.

Nó không dùng quang học
như những kính hiển vi thông thường

để làm những vật nhỏ lớn hơn,

thay vào đó, nó dùng máy quay video
và xử lý hình ảnh

để cho ta thấy những chuyển động nhỏ nhất
và sự thay đổi màu sắc của người và vật,

những thay đổi mà ta không thể nhìn thấy
bằng mắt thường.

Và cho ta nhìn thế giới
theo một cách hoàn toàn khác.

Ý tôi là gì khi nói thay đổi màu sắc?

ví dụ, da của chúng ta
thay đổi màu sắc không đáng kể

khi máu chảy dưới nó.

Sự thay đổi này vô cùng khó thấy,

vì vậy, khi bạn nhìn người khác,

hay nhìn người ngồi cạnh bạn,

bạn không thấy da hoặc mặt của họ
thay đổi màu sắc.

Khi chúng ta xem hình ảnh của Steve ở đây,
nó như một ảnh tĩnh,

nhưng khi chúng ta xem video bằng
kính hiển vi đặc biệt của chúng tôi

đột nhiên ta thấy
một hình ảnh hoàn toàn khác.

Chúng ta thấy những thay đổi nhỏ
của màu sắc trên da Steve,

được phóng đại 100 lần
vì vậy chúng trở lên hữu hình.

Chúng ta thậm chí có thể thấy mạch đập.

Chúng ta có thể thấy tim của Steve
đập nhanh mức nào,

không những thế còn có thể thấy
cách mà máu chảy trên mặt anh ấy.

Chúng tôi làm vậy
không chỉ để thấy mạch đập,

mà còn để biết nhịp tim của chúng ta,

và đo nhịp tim chúng ta.

Chúng tôi có thể đo với camera thường
và không cần chạm vào người bệnh.

Đây là mạch đập và nhịp tim
chúng tôi thu được từ em bé mới sinh

từ video chúng tôi quay
với máy quay DSLR thông thường,

và nhịp tim chúng tôi đo được

đúng với nhịp hiển thị trên màn hình
chuẩn trong bệnh viện.

Và thậm chí không cần là video
mà chúng tôi quay được.

Về cơ bản chúng tôi có thể làm
với những video khác.

Vì vậy tôi lấy một đoạn clip ngắn
trong "Batman Begins" ở đây

để xem mạch của Christina Bale

(Tiếng cười)

và có lẽ anh ta được trang điểm,

ánh sáng ở đây là một trở ngại

nhưng chúng tôi vẫn có thể tách được
mạch của anh ấy

và cho các bạn thấy tương đối rõ.

Vậy tại sao chúng tôi làm vậy?

Cơ bản, chúng tôi phân tích sự thay đổi
trong ánh sáng mà chúng tôi quay được

đến từng pixel trong video,

và phóng đại chúng lên

Làm chúng rõ hơn để ta có thể thấy chúng.

Phần khó là những tín hiệu

thay đổi rất tinh vi

vậy chúng ta phải rất cẩn thận
khi cố tách chúng

khỏi phần nhiễu luôn có trong video

Chúng tôi sử dụng một số kỹ thuật
sử lý hình ảnh thông minh

để có được đo đạc chính xác của màu sắc
đến từng pixel trong video,

và sau đó là cách màu sắc thay đổi
theo thời gian,

sau đó chúng tôi khuếch đại
những thay đổi đó.

Làm chúng lớn hơn để tạo ra những video
được phóng đại

cho chúng ta thấy những thay đổi.

Nhưng hoá ra chúng tôi không chỉ có thể
cho thấy sự thay đổi nhỏ trong màu sắc,

mà còn cả sự thay đổi nhỏ
trong chuyển động,

và bởi vì ánh sáng được quay lại
trong camera

thay đổi không chỉ khi màu sắc
của vật thể thay đổi,

mà còn khi vật thể chuyển động.

Đây là con gái của tôi khi cô bé khoảng
hai tháng tuổi.

Đây là video tôi quay được khoảng
ba năm trước.

Và như những người bố mẹ trẻ, chúng tôi
muốn chắc là con chúng tôi khoẻ mạnh,

rằng chúng đang thở,
dĩ nhiên là đang sống.

Vậy tôi cũng có thiết bị
theo dõi em bé

để tôi có thể thấy con gái
khi bé đang ngủ.

Đây là những gì bạn thấy
với thiết bị theo dõi em bé chuẩn.

Bạn có thể thấy bé đang ngủ, nhưng
không có nhiều thông tin.

Không thể thấy nhiều ở đây.

Không phải sẽ tốt hơn, nhiều thông tin hơn
hữu dụng hơn,

nếu thay vào đó chúng ta có thể nhìn thấy
cảnh như thế này.

Ở đây, tôi ghi lại chuyển động và
phóng đại chúng lên 30 lần,

sau đó tôi có thể thấy rõ con gái tôi
đúng là đang sống và đang thở.

(Tiếng cười)

Đây là so sánh

Một lần nữa, trong video gốc,

không có nhiều thứ ta có thể thấy,

nhưng khi phóng đại chuyển động,
nhịp thở trở lên dẽ thấy hơn.

và thành ra, có nhiều hiện tượng

chúng ta có thể phát hiện và phóng đại
với kinh hiển vi chuyển động mới này.

Chúng ta có thể thấy động mạch và tĩnh
mạch hoạt động trong người chúng ta.

Có thể thấy mắt của chúng ta
không ngừng

chuyển động hỗn độn

Và đây là mắt tôi

và video này cũng được quay ngay sau khi
con gái tôi ra đời

các bạn có thể thấy tôi không ngủ nhiều
(tiếng cười)

Thậm chí khi một người ngồi bất động,

chúng ta cũng có thể thấy được nhiều thứ

như nhịp thở, những biểu hiện nhỏ
trên mặt.

Có thể dùng những chuyển động này

để cho ta biết về suy nghĩ và cảm xúc.

Chúng ta có thể phóng đại chuyển động
cơ học,

như dao động của động cơ,

điều đó có thể giúp kỹ sư xác định và
chuẩn đoán vấn đề của thiết bị,

hoặc xem các toà nhà và công trình lắc lư
trong gió và phản ứng với lực tác động.

Những thứ đó xã hội chúng ta biết nhiều
cách khác để đo,

nhưng đo những chuyển động cũng là
một cách,

thực tế, xem những chuyển động khi chúng
diễn ra

là một việc hoàn toàn khác.

Và từ khi chúng tôi tìm ra công nghệ này,

chúng tôi đưa chúng lên mạng để người khác
có thể dùng và trải nghiệm.

Nó rất dễ sử dụng.

Nó có thể chạy trên video của các bạn.

Cộng tác viên của chúng tôi ở Quanta
Research còn tạo một trang web

Nơi bạn có thể đăng video và thực hiện
chúng trực tuyến,

thậm chí bạn không có kinh nghiệm làm việc
với công nghệ thông tin hay lập trình,

bạn vẫn có thể trải nghiệm dễ dàng
với kính hiển vi mới này.

Và tôi muốn cho quý vị xem một số ví dụ

những gì mà mọi người làm với nó.

Video này làm bởi người dùng Youtube
có tên Tamez85.

Tôi không biết người này,

nhưng anh ấy hoặc cô ấy sử dụng
mã của chúng tôi

để phóng đại những chuyển động nhỏ ở bụng
trong quá trình mang thai.

Hơi nổi da gà.

(Tiếng cười)

Mọi người dùng nó để phóng đại mạch ở tay.

Và bạn biết đây không phải là khoa học
thực sự nếu bạn không sử dụng con Bọ,

và có vẻ như chú Bọ này tên là Tiffany

chủ video cho rằng nó loài động vật
gặm nhấm đầu tiên trái đất

được phóng đại chuyển động .

Bạn có thể làm nó nghệ thuật hơn.

Video được gửi từ một sinh viên
chuyên ngành thiết kế ở Yale.

Cô ấy muốn xem xem có bất kì khác biệt gì

trong cử động của bạn cùng lớp

Cô yêu cầu họ đứng yên sau đó phóng đại
chuyển động của họ.

Giống như xem những bức ảnh tĩnh trở nên
sống động.

Và điều tuyệt vời với những ví dụ trên

là chúng tôi không có gì để làm với chúng.

Chúng tôi chỉ cung cấp công cụ mới,
cách nhìn thế giới mới,

sau đó mọi người thấy những cách sử dụng
thú vị, mới và sáng tạo hơn.

Nhưng chúng tôi không dừng lại ở đó.

Công cụ này không chỉ cho phép chúng ta
nhìn thế giới theo cách mới,

nó còn xác định lại việc chúng ta
có thể làm

đẩy lùi giới hạn của những việc
chúng ta có thể làm với máy quay.

Như những nhà khoa học, chúng bắt đầu
tự hỏi,

hiện tượng vật lý nào nữa cũng tạo
ra những chuyển động nhỏ

mà chúng tôi có thể dùng máy quay để đo?

Một trong những hiện tượng mà chúng tôi
tập trung nghiên cứu gần đây là âm thanh.

Âm thanh, như chúng ta biết là thay đổi

trong khí áp khi
di chuyển trong không khí.

Những sóng áp suất va vào vật và tạo ra
cho chúng những rung động nhỏ,

đấy là cách ta nghe và ghi lại âm thanh.

Nhưng thực tế, âm thanh cũng có thể
tạo ra những chuyển động thấy được.

Chúng là những chuyển động
ta không thể thấy

nhưng máy quay có thể thấy với xử lý đúng.

Đây là hai ví dụ.

Đây là tôi biểu diễn ra năng ca hát
tuyệt vời của mình.

(tiếng hát)

(tiếng cười)

Và tôi quay video tốc độ cao cổ họng
của mình khi hát nho nhỏ

Một lần nữa nếu bạn chăm chú
nhìn vào video,

bạn sẽ không thể thấy gì nhiều

nhưng khi chúng tôi phóng đại lên 100 lần,
chúng ta có thể thấy chuyển động gợn nhỏ

ở phần cổ tham gia vào việc tạo âm thanh.

Tín hiệu ở đó trong video.

Chúng ta biết rằng ca sĩ có thể làm vỡ
cốc rượu

nếu ngân đúng nốt.

Vậy, chúng tôi chuẩn bị chơi một nốt

trong tần số sóng cộng hưởng với chiếc cốc

qua một loa đặt cạnh nó.

Khi chúng tôi chơi nốt nhạc và phóng đại
250 lần,

chúng ta có thể thấy chiếc cốc rung
thế nào

và cộng hưởng với âm thanh.

Đây không phải là những gì bạn thường thấy

nhưng nó làm chúng ta suy nghĩ.
Nó cho chúng ta ý tưởng điên rồ này.

Chúng ta có thể đảo ngược quá trình này
tái tạo lại âm thanh từ video

bằng việc phân tích những rung động nhỏ
được tạo ra bởi sóng âm thanh

và chuyển được trở lại thành âm thanh
tạo ra chúng.

Theo cách này, chúng ta có thể biến những
vật thường ngày thành máy thu âm.

Đó chính xác là những gì chúng tôi đã làm.

Đây là một cái túi bim bim rỗng
nằm trên bàn,

và chúng tôi sẽ biến nó thành máy ghi âm

bằng cách quay lại nó bằng camera

và phân tích những chuyển động nhỏ mà sóng
âm thanh tạo nên.

Đây là âm thanh chúng tôi đã bật
trong phòng.

(nhạc "Mary Had a Little Lamb")

Và đây là video tốc độ cao mà chúng tôi
quay chiếc túi.

Và chơi lần nữa.

Bạn không thể nhìn thấy gì trong video này

chỉ bằng cách nhìn vào nó,

nhưng đây là âm thanh chúng tôi có thể
khôi phục bởi phân tích

chuyển động nhỏ trong video.

(nhạc "Mary Had a Little Lamb")

Tôi gọi nó là -- Cảm ơn

(vỗ tay)

Tôi gọi nó là may ghi âm bằng hình ảnh.

Chúng ta có thể tách tín hiệu âm từ
tín hiệu hình.

Để quý vị cảm nhận được mức độ chuyển
động ở đây,

âm thanh rất lớn sẽ khiến cho cái túi
chuyển động ít hơn micro-met.

Là một phần nghìn của mm.

Chuyển động nhỏ đến như thế và bây giờ
chúng ta có thể lôi chúng ra

chỉ bằng cách quan sát cách ánh sáng
bật ra khỏi vật thể

và thu được bởi máy quay của chúng tôi.

Chúng tôi có thể tái hiện tại âm thanh
từ những vật khác như cây cối.

(nhạc "Mary Had a Little Lamb")

Chúng ta cũng có thể tạo lại đoạn diễn văn

Đây là một người đang nói trong phòng.

Giọng nói: Mary đã có một chú cừu nhỏ
có lông trắng như tuyết,

và bất kì đâu Mary tới, chú cừu chắc chắn
sẽ theo sau.

Michael Rubinstein: Đây là đoạn
âm thanh được tạo lại

chỉ từ video quay cùng một chiếc vỏ
bim bim.

Tiếng nói: Mary đã có một chú cừu nhỏ
có lông trắng như tuyết,

và bất kì đâu Mary tới, chú cừu chắc chắn
sẽ theo sau.

Michael Rubinstein: Chúng tôi sử dụng
"Mary had a little lamb"

bởi vì đây là những từ đầu tiên

mà Thomas Edison nói vào chiếc máy hát
năm 1877.

Đấy là công cụ ghi âm đầu tiên
trong lịch sử.

Nó cơ bản đưa âm thanh lên một màng chắn

màng này rung một cây kim khắc âm thanh
lên giấy thiếc

được bọc xung quanh một ống trụ.

Đây là mô phỏng của thu âm và phát lại
âm thanh với máy hát của Edison.

(Video) Giọng nói: đang thử, đang thử, một
hai ba.

Mary đã có một chú cừu nhỏ
có lông trắng như tuyết,

và bất kì đâu Mary tới, chú cừu chắc chắn
sẽ theo sau.

Đang thử, đang thử, một hai ba.

Mary đã có một chú cừu nhỏ
có lông trắng như tuyết,

và bất kì đâu Mary tới, chú cừu chắc chắn
sẽ theo sau.

MR: và bây giờ, sau 137 năm,

chúng ta có thể thu được âm thanh một cách
tương tự

nhưng chỉ bằng việc xem vật chuyển động
bởi âm thanh với máy quay,

chúng ta vẫn làm được
khi máy quay

cách vật 15 feet, sau lớp kính cách âm.

Và đây là âm thanh chúng tôi thu lại được
trong trường hợp này.

Mary đã có một chú cừu nhỏ
có lông trắng như tuyết,

và bất kì đâu Mary tới, chú cừu chắc chắn
sẽ theo sau.

Và tất nhiên, theo dõi là ứng dụng
đầu tiên được nghĩ tới.

(Tiếng cười)

Nhưng nó cũng có thể hữu dụng cho những
việc khác.

Có thể trong tương lai, ta sử dụng nó,
ví dụ như,

để lấy được âm thanh qua vũ trụ,

bởi vì âm thanh không thể truyền qua
vũ trụ, nhưng ánh sáng có thể.

Chúng tôi mới chỉ bắt đầu khám phá

những ứng dụng khác cho công nghệ mới này.

nó cho ta thấy những quá trình
vật lý mà ta biết nó ở đó

nhưng cho đến bây giờ chưa bao giờ
có thể nhìn bằng mắt thường.

Đây là nhóm chúng tôi.

Những gì tôi chỉ ra hôm nay là kết quả
của sợ hợp tác

với nhóm người tuyệt vời mà quý vị thấy
ở đây,

tôi khuyến khích và hoan nghênh quý vị vào
trang web của chúng tôi,

tự mình trải nghiệm,

và cùng chúng tôi khám phá thế giới của
những chuyển động nhỏ.

Cảm ơn.

(Vỗ tay)