Cientistas criam a câmera de vídeo mais rápida do mundo

A câmera de vídeo é tão rápida que é capaz de capturar trilhões de imagens por segundo e de até filmar a luz atravessando uma distância equivalente à grossura de uma folha de papel

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postado em 15/05/2017 06:00 / atualizado em 15/05/2017 11:03


As imagens capturadas pelas câmeras de alta velocidade costumam impressionar. Com elas, é possível ver, em detalhes, uma bala atingindo o alvo, um balão cheio de água estourando ou o bote de uma serpente. Tais eventos, porém, são extremamente longos, quando comparados aos que ocorrem na escala microscópica, como as reações químicas dentro das células. Para filmar esse tipo de episódio, que dura minúsculas frações de segundo, pesquisadores da Universidade Lund, na Suécia, criaram a câmera de vídeo mais rápida do mundo. Chamada de Frame — sigla em inglês para Algoritmo de Reconhecimento de Frequência para Múltiplas Exposições —, ela é capaz de filmar o equivalente a 5 trilhões de imagens por segundo.
 
 
Para demonstrar a tecnologia, publicada na revista Light: Science and Applications, os pesquisadores filmaram um pulso de luz atravessando uma distância equivalente à espessura de uma folha de papel. O movimento ocorre em um trilionésimo de segundo, mas a câmera foi capaz de transformá-lo em um vídeo com um segundo de duração. A Frame poderá capturar, em filme, processos extremamente rápidos da química, da física e da biologia, jamais filmados. Diferentemente dos equipamentos normais, que usam uma abertura do diafragma para captar cada imagem sequencial, a nova máquina registra as imagens com uma única exposição.

Registro simultâneo

“A câmera é baseada em iluminação por pulsos de laser, algo muito similar à fotografia com flash”, explicou Elias Kristensson, um dos autores do estudo. “Em uma fração de segundo, a intensa luz do laser ilumina a amostra e a congela no tempo. Mas essa abordagem geraria apenas uma única fotografia do evento que se quer estudar.”

Para formar um vídeo, é preciso uma sequência de imagens. As câmeras de vídeo tradicionais tiram uma série de fotografias ao longo do tempo, registrando uma imagem a cada vez que capturam a luz refletida pelo objeto. “Nós dividimos um curto pulso de laser, de 125 femtossegundos, em quatro flashes, e os deixamos irradiar a amostra em sequência. Antes de atingir o objeto, cada pulso recebe um código único, que nos permite reconhecer o momento no qual um pulso específico atingiu o alvo”, disse Elias.

A amostra reflete cada um dos lasers para a lente da câmera, que registra a informação visual em uma única imagem. Para transformá-la em vídeo, um algoritmo de criptografia utiliza os códigos de cada pulso de laser para separar as fotografias registradas. A captura simultânea de várias imagens permite que a Frame seja a câmera mais rápida do mundo.

De acordo com os autores, o mérito dessa tecnologia está no fato de que ela permitirá o estudo detalhado de eventos extremamente rápidos, nunca filmados até agora. “A Frame pode operar com lasers de qualquer cor, o que nos permite ‘comunicar’ com a maioria das moléculas”, afirmou o autor do estudo. “Nós esperamos que ela nos ajude a filmar reações químicas incrivelmente rápidas, como a criação e o consumo de moléculas.”

Outra vantagem da Frame está na velocidade da técnica, limitada somente pela velocidade do laser utilizado. Com o rápido avanço das tecnologias de laser, que alcançam o patamar dos attosegundos, os pesquisadores acreditam que a câmera pode, “em princípio, oferecer velocidades de filmagem mil vezes maiores”.

Até então, os pesquisadores fotografavam imagens estáticas da reação, e tentavam repetir exatamente o experimento várias vezes, para obter uma sequência de imagens que poderia ser transformada em vídeo. No entanto, é extremamente improvável replicar, com exatidão, um experimento desse tipo. Mesmo com a nova técnica, ainda existem dificuldades para se filmar eventos tão rápidos. “Um grande desafio é sincronizar a filmagem com o evento de interesse, especialmente se a amostra é caótica e imprevisível”, comenta Elias. “Talvez a filmagem termine antes que a reação ocorra, talvez nós comecemos a filmar tarde demais.”

Segundo os autores do estudo, a nova tecnologia beneficiará principalmente os cientistas, e servirá como uma importante ferramenta. Uma empresa alemã já desenvolveu um protótipo da nova câmera, o que significa que mais pessoas poderão usá-la em aproximadamente dois anos. “No momento, nós planejamos filmar outros eventos, que esperamos publicar em mais ou menos um ano”, disse Elias. “A filmagem do pulso de luz em movimento foi pensada mais como uma demonstração das capacidades da Frame. Eu sinto que ainda há muitas coisas interessantes que a técnica pode oferecer.”

* Estagiário sob a supervisão do subeditor Rodrigo Craveiro

Tempo ínfimo

Para comparação, um femtossegundo está para o segundo, assim como o segundo está para 32 milhões de anos. É um espaço de tempo tão pequeno, que a luz consegue percorrer apenas o equivalente ao diâmetro de um vírus nesse período.
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