Crean una cámara que captura 5 billones de imágenes por segundo

Investigadores suecos han desarrollado una cámara que es capaz de capturar hasta 5 billones de imágenes por segundo, pudiendo registrar episodios de 0,2 picosegundos. El picosegundo es la unidad de tiempo que equivale a la billonésima parte de un segundo.

El anterior récord de 100.000 imágenes por segundo queda completamente superado con esta tecnología. La tecnología se publica hoy en la revista Light: Science & Applications. La nueva técnica se denomina FRAME  (Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures).

Para demostrar las capacidades excepcionales de esta cámara, los investigadores han filmado cómo la luz recorre una distancia correspondiente al espesor de una simple hoja de papel. Este proceso, que sólo lleva un pico segundo, en la película se observa ralentizado un trillón de veces.

En la actualidad, las cámaras de alta velocidad captan imágenes una por una en una secuencia. La nueva tecnología se basa en un algoritmo innovador, y en su lugar captura varias imágenes codificadas en una imagen. A continuación, las clasifica en una secuencia de vídeo.

Un código por pulso láser

En resumen, el método consiste en exponer lo que está filmando (por ejemplo, una reacción química) a la luz en forma de pulsos láser. A continuación, a cada pulso de luz se le asigna un código único. El suceso (en este ejemplo la reacción química) refleja esos destellos de luz, que se mezclan en una única fotografía. A continuación, los destellos se separan detectando el código asignado a cada pulso láser.

Algunos procesos naturales extremadamente rápidos podrán ser estudiados ahora gracias a esta nueva cámara. Entre estos procesos se encuentran las explosiones, los flases de plasma, una combustión turbulenta, la actividad cerebral de los animales y determinadas reacciones químicas. También podrá ser utilizada por la industria y otros sectores, según explica el profesor Elias Kristensson, uno de sus artífices, en un comunicado de la Universidad de Lund.

La nueva cámara podrá por tanto captar procesos increíblemente rápidos en la química, la física, la biología y la biomedicina, que hasta ahora no se había conseguido filmar.

En la actualidad, la única forma de visualizar estos acontecimientos es fotografiar imágenes fijas del proceso. A continuación hay que repetir experiencias idénticas para obtener numerosas imágenes fijas que puedan ser editadas en una película. “El problema con este sistema es que es muy improbable que el proceso sea idéntico si se repite la experiencia”, añade Kristensson.

Procesos ultrarrápidos de la naturaleza

La cámara está pensada inicialmente para ser utilizada por los investigadores que desean literalmente ganar una mejor penetración en muchos de los procesos extremadamente rápidos que ocurren en naturaleza.

Muchos tienen lugar en una escala de picosecondos y femtosegundos. Hay que tener en cuenta que el número de femtosegundos que contiene un segundo es significativamente mayor que el número de segundos que ocurren en el tiempo de vida de una persona.

Para los propios investigadores, sin embargo, el mayor beneficio de esta tecnología no es que establezcan un nuevo récord de velocidad, sino que ahora ya es posible filmar cómo cambian las sustancias específicas en el mismo proceso.

La mayoría de los días, Elias Kristensson y Andreas Ehn, realizan investigaciones sobre la combustión, un área que se sabe que es difícil y complicada de estudiar. El propósito último de esta investigación básica es hacer que los motores de la próxima generación, las turbinas de gas y las calderas sean más limpios y más eficientes en combustible. La combustión está controlada por una serie de procesos ultrarrápidos a nivel molecular, que ahora pueden capturarse en una película.

Por ejemplo, los investigadores estudiarán la química de las descargas plasmáticas, la vida útil de los estados cuánticos en los ambientes de combustión y en el tejido biológico, así cómo se inician las reacciones químicas. En el otoño, habrá más material disponible, aseguran los investigadores.

Referencia

FRAME: femtosecond videography for atomic and molecular dynamics. Light: Science & Applications. DOI: 10.1038/lsa.2017.45