نظر شما در مورد سریعترین دوربین های فیلمبرداری جهان چیست؟ در دنیای اسمارت فون ها این عدد به تازگی به 1000 فریم بر ثانیه رسیده و شاید اگر کمی اطلاعات علمی خود را گسترده کنیم به عددهای میلیونی هم برسیم. ولی آیا می‌توان به میلیارد و یا تریلیون رسید؟ به نظر رسیدن به این عدد عجیب و باورنکردنی میسر شده است و توسط دانشمندان دوربینی ساخته شده که می‌تواند با سرعت باورنکردنی خود حرکت هر چیزی، حتی پالس‌های نور را به تصویر بکشد.
آیا تا به حال به این فکر کرده اید که می‌شود حرکت نور را به تصویر کشید یا خیر؟ در حقیقت دوربینی که بتواند آنقدر سریع باشد که نور را نیز مهار کرده و حرکتش را ثبت کند باید نرخ ثبت فریم بسیار بسیار بالایی داشته باشد؛ عددی که در محدوده صد و هزار و میلیون جای نگرفته و شاید 10 تریلیون (10 به توان 12 یا یک رقم یک و 12 صفر جلوی آن) عدد مناسبی باشد. البته در نظر داشته باشید که در مورد نرخ فریم یا تعداد عکس هایی که در یک ثانیه از یک سوژه اخذ شده صحبت می‌کنیم. آیا واقعاً می‌شود دوربینی ساخت که بتواند 10 تریلیون عکس را در عرض یک ثانیه ثبت کند؟ این به واقع چالشی حیرت انگیز خواهد بود.
دانستن اینکه نور در هر محیطی با چه سرعتی حرکت می‌کند و توانایی محاسبه و اندازه گیری آن می‌تواند در بسیاری از علوم پیشرفته از جمله فیزیک، مهندس و حتی پزشکی مورد استفاده قرار بگیرد و حتی با استفاده از آن می‌توانیم رفتار نور در بازه های بسیار کوچک و کوتاه را مشاهده و اندازه گیری کنیم که در نهایت می‌تواند در طراحی ها و ساخت وسایل بسیار دقیق مهندسی نیز بسیار مورد استفاده قرار بگیرد.
البته همانطور که گفتیم شاید شما دوستان در مورد عدد های بسیار بالای نرخ فریم در دوربین های عملی مانند میلیون و میلیارد و حتی بیلیون فریم بر ثانیه نیز مطالبی خوانده و یا شنیده باشید ولی باید به این موضوع توجه داشته باشید که آن دوربین ها در حقیقت از تکنیک های ویژه ای برای دستیابی به این اعداد استفاده می‌کنند که شاید آنقدرها هم نتواند نتیجه مورد انتظار و حقیقی را ارائه دهد.
اگر یک پالس نوری بتواند به صورت صحیح تکرار شود آنگاه شما می‌توانید هر یک دسته از آن را در هر میلی ثانیه یک بار ارسال کنید اما انحراف زمان ثبت فریم های دوربین به میزان بسیار کوچک در اندازه فمتو ثانیه (یک به توان منفی 12) در کمال تعجب، می‌تواند بسیار کاربردی باشد! شما موقعیت یک پالس را زمانی که در نقطه A قرار دارد ثبت کرده اید، در مرحله بعدی آن پالس کمی جلوتر رفته و بعد از آن نیز کمی جلوتر و به همین منوال حرکت ادامه خواهد داشت. در نهایت، اگر شما موقعیت پالس اول را با سرعت بالایی ثبت کرده باشید نتیجه فیلمی است که از راه های بسیاری غیرقابل تشخیص خواهد بود.
این بسیار مفید خواهد بود اما شما نمیتوانید همیشه تعداد پالس های نوری که یک میلیون بار و از یک روش ارسال می‌شود را بشمارید. در این حالت شما به این نیاز دارید تا ببینید زمانی که آن پالس از یک لنز بسیار دقیق که با استفاده از روش های لیزری مهندسی شده نصب شده عبور کرده چه اتفاقی می‌افتد. در مواردی مشابه این شما به ثبت اولین پالس به صورت real-time یا بلادرنگ نیاز دارید که به معنای ثبت عکس در دقت فمتو ثانیه است ولی نه به آن معنا که واحدهای زمانی در طول عکسبرداری شما هم فمتو ثانیه بوده است.
این روش تشریح ایده است که توسط دستگاه T-CUP مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دستگاه یک دوربین سریع با دوربین ثبت فریم ثابت و یک واحد جمع آوری کننده اطلاعات برای پرتونگاری مقطعی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در همین زمینه پروفسور لی هونگ یانگ از انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا روش استفاده شده توسط تیم تحقیقاتی سازنده T-CUP را اینگونه تشریح می‌کند:
ما می‌دانیم که استفاده از یک دوربین که بتواند تصاویر را در کسر بسیار کوچک فمتو ثانیه ای ثبت کند بسیار سخت و محدود کننده خواهد بود. به همین دلیل برای بهبود روش های موجود ما دوربین دیگری که عکس های ثابت از سوژه را ثبت می‌کند به ساختار مورد نظر اضافه کردیم. این دوربین در ترکیب با دوربین سریع فمتو ثانیه می‌تواند به ثبت عکس های باکیفیت تا سرعت 10 تریلیون بر ثانیه شود که بر مبنای تبدیل رادن کار می‌کند.
با استفاده از این روش می‌توان هر نوع عکسی را در سرعت های مورد نظر ثبت کرد که تا واحدهای 100 فمتو ثانیه نیز قابل تقسیم خواهد بود. یعنی در طول هر ثانیه می‌توانیم تا 10 تریلیون تصویر را ثبت کنیم. همانطور که می‌بینید میزان دیتایی که در این روش تولید می‌شود بسیار زیاد خواهد بود و هنوز ما به حافظه هایی دسترسی نداریم که بتوانند این حجم از اطلاعات را برای یک ثانیه ثبت کنند و به همین خاطر دستگاه طراحی شده توسط محققین Caltech تنها قادر به فیلمبرداری به مدت 25 پیکو ثانیه خواهد بود. در ادامه تصویر حرکت یک پالس نوری از یک شکاف دهنده پرتویی را مشاهده می‌کنید که مقداری از فوتون ها در آن بازتاب شده و مقداری دیگر نیز از آن عبور می‌کنند.
در ادامه پروفسور لیانگ این احتمال را مطرح کرده است که با توسعه کار و افزایش تحقیقات در این زمینه، گروه آنها بتواند به سرعت های بسیار بالاتر تا کوادریلیون (10 به توان 15) نیز دست یابد.
البته اگر بخواهید به صورت تخصصی و بیشتر با تحقیقات انجام شده توسط این گروه آشنا شوید می‌توانید به این آدرس و مقاله ثبت شده این تحقیق در مجله Nature مراجعه کنید.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت