Non si riescono nemmeno a contarli 156,3 trilioni di frame. Eppure è questa la velocità di esecuzione di SCARF, a tutti gli effetti la fotocamera più veloce al mondo. Progettata dall’INRS, SCARF potrebbe aprire nuove frontiere in settori diversi come la meccanica delle onde d’urto o lo sviluppo di una medicina più efficace.
E così rendere ancora più fattibile lo studio della femtofotografia. Non sai cos’è? Vediamolo meglio ora.
SCARF, la fotocamera da 156,3 terahertz
Come riporta Engadget, questo gruppo di ricerca, guidato dal professor Jinyang Liang dell’Institut national de la recherche scientifique (INRS) canadese, hanno creato una fotocamera scientifica incredibilmente veloce che scatta immagini a una velocità di codifica di 156,3 terahertz (THz) su singoli pixel, equivalenti a 156,3 trilioni di fotogrammi al secondo.
Soprannominata SCARF (swept-coded aperture real-time femtophotography, ovvero femtofotografia in tempo reale con apertura codificata), la fotocamera per la ricerca potrebbe portare a scoperte rivoluzionarie nei campi che studiano i microeventi che vanno e vengono troppo rapidamente per i sensori scientifici più costosi di oggi.
Il team descrive SCARF come un progetto a basso costo con un basso consumo energetico e un’elevata qualità di misurazione rispetto alle tecniche esistenti. Sebbene SCARF si concentri più sulla ricerca che sui consumatori, il team sta già lavorando con due società, Axis Photonique e Few-Cycle, per sviluppare versioni commerciali, presumibilmente per colleghi di altri istituti scientifici o di istruzione superiore.
Un nuovo supporto alla femtofotografia: ma che cos’è?
Come anticipato, questa ricerca sarà decisiva per il campo della femtofotografia, ovvero la tecnica scientifica per catturare immagini ad altissima velocità.
Realizzata per la prima volta da un gruppo di ricercatori del Media Lab del Massachusetts Institute of Technology (MIT), con questa tecnica si è in grado di catturare esposizioni in cui la luce percorre soltanto 0,6 mm (appunto poche migliaia di femtosecondi, da qui il termine femtofotografia). Ma questo è possibile solo grazie ad apparecchiature avanzate e sofisticati algoritmi.
Con la tecnica della femtofotografia gli scienziati possono addirittura registrare l’immagine di un oggetto nascosto dietro un angolo attraverso la riflessione dei fotoni su una superficie intermedia, sull’oggetto stesso e poi di nuovo sulla superficie intermedia verso l’obiettivo fotografico.
I limiti della fotografia ultraveloce
In genere, questi sistemi utilizzano un approccio sequenziale: catturano i fotogrammi uno alla volta e li mettono insieme per osservare gli oggetti in movimento. Ma questo approccio presenta dei limiti.
Come riferisce il professor Liang, fenomeni molto astrusi come l’ablazione laser a femtosecondi, l’interazione delle onde d’urto con le cellule viventi e il caos ottico non possono essere studiati in questo modo.
Grazie alla nuova tecnologia di SCARF, ora si è riuscito a catturare eventi ultraveloci come l’assorbimento in un semiconduttore e la smagnetizzazione di una lega metallica. E questo perché la fotocamera utilizza una modalità di imaging computazionale particolare, capace di catturare informazioni spaziali lasciando che la luce entri nel suo sensore in momenti leggermente diversi.
Così facendo, la fotocamera è “libera” di catturare quegli impulsi laser estremamente rapidi, fino a 156,3 trilioni di volte al secondo. I dati grezzi delle immagini possono quindi essere elaborati da un algoritmo informatico che decodifica gli input sfalsati nel tempo, trasformando ciascuno dei trilioni di fotogrammi in un’immagine completa.
Se vuoi saperne di più su questo argomento, ti suggeriamo la lettura completa del paper su Nature:
Jingdan Liu, Miguel Marquez, Yingming Lai, Heide Ibrahim, Katherine Légaré, Philippe Lassonde, Xianglei Liu, Michel Hehn, Stéphane Mangin, Grégory Malinowski, Zhengyan Li, François Légaré & Jinyang Liang, Swept coded aperture real-time femtophotography, Nature Communications (2024), DOI: s41467-024-45820-z
