Onda de choque produzida por um laser em uma gota d'água.se propaga em câmera lenta, capturada por uma nova tecnologia de fotografia ultra-rápida. (Créditos da imagem: Caltech).

Há pouco mais de um ano, Lihong Wang, da Caltech, desenvolveu a câmera mais rápida do mundo, um dispositivo capaz de tirar 10 trilhões de fotos por segundo. É tão rápido que consegue captar a luz em câmera lenta.

Mas, às vezes, ser apenas rápido não é suficiente. De fato, nem a câmera mais rápida consegue tirar fotos de coisas que não pode ver. Para esse fim, Wang, professor de engenharia médica e engenharia elétrica de Bren, desenvolveu uma nova câmera que pode tirar até 1 trilhão de fotos por segundo de objetos transparentes. Um artigo sobre a câmera foi publicado na revista Science Advances.

A tecnologia da câmera, que Wang chama de fotografia ultra-rápida compactada sensível à fase (pCUP), pode gravar vídeos não apenas de objetos transparentes, mas também de coisas mais efêmeras, como ondas de choque e, possivelmente, até mesmo dos sinais que viajam através dos neurônios.

Wang explica que seu novo sistema de imagem combina o sistema de fotografia de alta velocidade que ele desenvolveu anteriormente com uma tecnologia antiga, a microscopia de contraste de fase, projetada para permitir uma melhor imagem de objetos que são na maioria transparentes, como as células, que são constituídas principalmente de água.

A microscopia de contraste de fase, inventada há quase 100 anos pelo físico holandês Frits Zernike, funciona aproveitando a maneira como as ondas de luz diminuem e aceleram à medida que entram em diferentes materiais. Por exemplo, se um feixe de luz passa através de um pedaço de vidro, ele fica mais lento quando entra no vidro e depois acelera novamente à medida que sai. Essas mudanças na velocidade alteram o tempo das ondas. Com o uso de alguns truques ópticos, é possível distinguir a luz que passou pelo vidro da luz que não passou, e o vidro, embora transparente, se torna muito mais fácil de ver.

“O que fizemos foi adaptar a microscopia padrão de contraste de fase para fornecer uma imagem muito rápida, o que nos permite observar fenômenos ultra-rápidos em materiais transparentes”, disse Wang.

Pulso de luz viaja através de um cristal em câmera lenta, capturado por uma nova tecnologia de fotografia ultra-rápida. (Créditos da imagem: Caltech).

A parte de imagens rápidas do sistema consiste em algo que Wang chama de tecnologia ultra-rápida de codificação sem perdas (LLE-CUP). Ao contrário da maioria das outras tecnologias de imagem de vídeo ultra-rápidas que capturam uma série de imagens em sucessão ao repetir os eventos, o sistema LLE-CUP tira uma única foto, capturando todo o movimento que ocorre durante o tempo que a foto leva para ser registrada. Como é muito mais rápido tirar uma única foto do que várias fotos, a LLE-CUP é capaz de capturar movimentos, como o próprio movimento da luz, que é muito rápido para ser fotografado por uma tecnologia de câmera mais típica.

No novo artigo, Wang e seus colegas pesquisadores demonstram as capacidades do pCUP observando a propagação de uma onda de choque na água e de um pulso de laser viajando através de um pedaço de material cristalino.

Wang diz que a tecnologia, embora ainda no início de seu desenvolvimento, possa finalmente ter usos em muitos campos, incluindo física, biologia ou química.

“À medida que os sinais viajam através dos neurônios, esperamos ver uma dilatação minuciosa das fibras nervosas. Se tivermos uma rede de neurônios, talvez possamos ver sua comunicação em tempo real”, disse Wang. Além disso, ele diz que, como se sabe que a temperatura altera o contraste de fase, o sistema “pode ​​ser capaz de imaginar como uma frente de chama se espalha em uma câmara de combustão”. [Phys.org].

Referência:

  1. KIM, Taewoo et al. “Picosecond-resolution phase-sensitive imaging of transparent objects in a single shot”; Science Advances, 2020. Acesso em: 21 jan. 2020.