Câmera mais rápida do mundo captura 156 trilhões de quadros por segundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/03/2024

Protótipo da câmera, que já está em processo de licenciamento para a indústria.
[Imagem: INRS]

Femtofotografia

Pesquisadores franceses construíram a câmera mais rápida do mundo, capaz de capturar 156,3 trilhões de quadros por segundo - e fazer isto com uma precisão muito elevada.

A câmera é tão rápida que inaugurou uma nova categoria no campo da fotografia, chamada de femtofotografia, uma referência aos femtossegundos (10^-15 segundo) de duração de cada quadro capturado.

Batizado de SCARF (sigla em inglês para femtofotografia em tempo real com abertura codificada por varredura), o sistema é tão veloz que conseguiu filmar a desmagnetização ultrarrápida de uma liga metálica e a absorção transitória em um semicondutor.

Este novo método de capturar imagens ajudará a avançar as fronteiras do conhecimento em uma ampla gama de campos, incluindo física fundamental, biologia, química, ciência dos materiais e engenharia.

A equipe do professor Jinyang Liang, do Instituto Nacional de Pesquisa Científica (INRS), é conhecida mundialmente pelos avanços no campo do imageamento ultrarrápido, sendo seus avanços mais recentes o desenvolvimento de uma técnica chamada CUP (sigla em inglês para fotografia ultrarrápida comprimida) e uma câmera 3D que filma a luz se movendo.

Imagens da desmagnetização de uma liga metálica, um fenômeno visto pela primeira vez graças à nova câmera.
[Imagem: Jingdan Liu et al. - 10.1038/s41467-024-45820-z]

Câmera de femtossegundos

Até agora, os sistemas de câmeras ultrarrápidas têm usado principalmente uma abordagem que envolve a captura sequencial de quadros, um por um. As câmeras capturam dados por meio de medições breves e repetidas e depois juntam tudo para criar um filme que reconstrói o movimento observado.

"No entanto, esta abordagem só pode ser aplicada a amostras inertes ou a fenômenos que acontecem exatamente da mesma maneira todas as vezes. Amostras frágeis, para não mencionar fenômenos não repetíveis ou fenômenos com velocidades ultrarrápidas, não podem ser observadas com este método," explicou o professor Liang. "Por exemplo, fenômenos como a ablação por laser de femtossegundo, a interação por ondas de choque com células vivas e o caos óptico não podem ser estudados desta forma."

A novidade veio com técnica CUP, posteriormente atualizada para T-CUP (fotografia ultrarrápida comprimida de trilhões de quadros por segundo), que é baseada em imagens passivas, um primeiro passo importante em direção à geração de imagens ultrarrápidas e de disparo único em tempo real.

O dispositivo SCARF, criado agora, vai além, melhorando a qualidade das imagens e a profundidade do campo de visão, além de aumentar ainda mais a velocidade. Sua modalidade de imagem permite uma varredura ultrarrápida de uma abertura codificada estática sem distorcer o fenômeno ultrarrápido. Isso fornece taxas de codificação de sequência completa de até 156,3 THz para píxeis individuais em uma câmera com um dispositivo de carga acoplada comum (CCD). As imagens podem ser capturadas em uma única tomada em taxas de quadros ajustáveis e escalas espaciais nos modos de reflexão e transmissão.

O SCARF permite observar fenômenos únicos que são ultrarrápidos, não repetíveis ou difíceis de reproduzir, como a mecânica das ondas de choque em células vivas ou na matéria. Esses avanços poderão ser usados para desenvolver melhores tratamentos farmacêuticos e médicos, por exemplo.

Isto chamou a atenção da indústria, que já está negociando com a equipe o licenciamento da tecnologia.

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