سریع ترین دوربین دنیا با سرعت ۷۰ تریلیون فریم‌ بر‌ثانیه

به گزارش خبرنگار حوزه فناوری گروه فضای مجازی خبرگزاری صدا و سیما، اخیرا تیمی متشکل از چندین محقق وابسته ‌به مؤسسه فناوری کالیفرنیا موسوم ‌به کال‌‌تک (CalTech) توانسته است دوربینی جدید با توانایی ثبت بیش از یک‌تریلیون فریم‌بر‌ثانیه تولید کند.

این تیم پیش‌تر موفق ‌شده بود دوربینی تولید کند که ۱۰ تریلیون فریم‌بر‌ثانیه ثبت می‌کرد و از آن به‌عنوان سریع‌ترین دوربین دنیا یاد می‌شد. بااین‌حال، دوربین جدید تیم ویژه‌ی کال‌تک با توانایی ثبت حداکثر ۷۰ تریلیون فریم‌بر‌ثانیه، از‌این‌پس سریع‌ترین دوربین دنیا شناخته می‌شود.

این نرخ فریم برای دوربین جدید کال‌تک امکان دیدن حرکت امواج نور و حتی فروپاشی فلوئورسنت مولکول‌ها را فراهم می‌کند. 

 

 

دوربین مذکور دستاوردی جدید برای کال‌تک به‌شمار می‌آید و نسخه‌ی بهبودیافته‌ی دوربین‌های ویژه‌ی این مؤسسه است که از آن با نام «دوربین‌های دارای توانایی ثبت بیش از یک‌تریلیون فریم در هر ثانیه» یاد می‌شود. تمامی این دوربین‌ها نوعی مدل خاص از دوربین‌های سری CUP (عکاسی فوق‌سریع فشرده) به‌شمار می‌آیند.

 

جدیدترین دوربین کال‌تک با نام CUSP شناخته می‌شود که مخفف Compressed Ultrafast Spectral Photography است. افرادی که این دوربین را تولید کرده‌اند، پیش‌تر توانسته بودند در مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا تصاویری از پدیده‌های ناپیدا نظیر جهش سلول‌های عصبی و امواج شوک را با نرخ یک‌تریلیون‌ فریم‌بر‌ثانیه ثبت کنند.

در تصویر متحرک زیر، یک پالس نوری از روی گروهی از حرف‌ها عبور می‌کند که درکنار یکدیگر کلمه‌ی Caltech را تشکیل می‌دهند. پالس سمت چپ با نرخ ۱۰ تریلیون‌بر‌ثانیه ازطریق دوربین T-CUP و پالس سمت راست با نرخ ۷۰ تریلیون‌بر‌ثانیه ازطریق دوربین CUSP ثبت شده است. در نظر داشته باشید هریک از این پالس‌ها تنها ۱/۵ پیکوثانیه یا ۱/۵ ضربدر ۱۰ به ‌توان منفی ۱۲ (۱۲-۱۰×۱/۵) ثانیه به‌نمایش درمی‌آیند. این عدد به ۰/۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۱۵ ثانیه تعبیر می‌شود.

 

 

دوربین CUSP را لی‌هانگ وانگ و اعضای تیمش در کال‌تک ساخته‌اند و از نوعی لیزر خاص بهره می‌برد که می‌تواند پالس‌های کوتاه نور لیزر را ساطع کند. این پالس‌ها تنها به‌مدت یک کوادریلیونم ثانیه ساطع می‌شوند و سپس از بین می‌روند. همچنین، دوربین CUSP تجهیزات نوری ویژه‌ای دارد که برای جداسازی هریک از پالس‌ها و تبدیلشان به رشته‌ای از پالس‌های نوری کوتاه‌تر فعالیت می‌کنند. هریک از این پالس‌ها درنهایت می‌توانند یک تصویر را در دوربین ایجاد کنند. این‌ها تنها مراحل تئوری کار هستند و عملی‌کردن چنین روندی بسیار پیچیده است. کال‌تک برای اینکه توانایی دوربین جدیدش را به ‌کاربران عادی بفهماند، تصویر متحرکی نیز منتشر کرده است.
افراد علاقه‌مند به مباحث ریاضی و فیزیک به‌خوبی می‌دانند سرعت نور اندکی کمتر از ۳۰۰ میلیارد میلی‌متربرثانیه (دقیق‌تر ۲۹۹،۷۹۲،۴۵۸ متر‌برثانیه) است. اگر نرخ ۷۰ تریلیون‌فریم‌برثانیه‌ی دوربین CUSP را به واحدهایی ۳۰۰ میلیارد میلی‌متربرثانیه‌ای تقسیم کنیم، به این نتیجه می‌رسیم به‌ازای هر میلی‌متری که نور طی می‌کند، تقریبا به ۲۳۳/۳ فریم دست پیدا خواهیم کرد. به‌بیان‌بهتر، دوربین جدید کال‌تک در مدتی ‌که نور برای یک میلی‌متر حرکت به‌سمت جلو نیاز دارد، تقریبا ۲۳۰ فریم ثبت می‌کند. این عدد دیوانه‌وار است!
ممکن است این موضوع را تاکنون خودتان حدس زده باشید؛ اما بهتر است بدانید سیستم CUSP به‌‌زودی نخواهد توانست عکس‌های عادی ثبت کند و حتی امکان دارد این اتفاق هیچ‌گاه رخ ندهد.

 

 

فناوری به‌کاررفته در این دوربین به‌منظور ثبت پدیده‌هایی نظیر هم‌جوشیِ هسته‌ای و فروپاشی فلوئورسنت مولکول‌ها یا حرکت امواج نور استفاده خواهد شد که برای مدت بسیار کوتاهی دوام می‌آورند. برخی از این پدیده‌ها را می‌شد پیش‌تر ازطریق دوربین T-CUP نیز ثبت کرد که توانایی ضبط ۱۰ تریلیون فریم‌بر‌ثانیه را دارد.

بااین‌حال، هفت‌برابر‌شدن نرخ فریم در CUSP باعث شده است ازطریق این دوربین جدید بتوان برخی پدیده‌های طبیعی ناپیدا را ثبت کرد که پیش‌تر دیدن و شناختن آن‌ها ممکن نبود.ناگفته نماند لی‌هانگ وانگ و تیمش پیش‌تر توانسته بودند دوربینی با عنوان pCUP (مجهز به فناوری عکاسی فوق‌سریع فشرده‌ی حساس به فاز) تولید کنند که ازپسِ ثبت تصاویری با نرخ یک‌تریلیون فریم‌‌بر‌‌ثانیه از پدیده‌ها و اشیاء ناپیدا برمی‌آید.

لی‌هانگ وانگ می‌گوید دوربین جدید CUSP درهای جدیدی به‌روی محققان به‌منظور تحقیق عمیق‌تر و دقیق‌تر روی مباحث مختلف فیزیک بنیادی و علوم زیستی بازمی‌کند.