VNR Content
Pearl
Các kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu Viễn thông, Vật liệu và Năng lượng INRS ở Canada đã phát triển chiếc máy ảnh nhanh nhất thế giới, có thể quay với tốc độ đáng kinh ngạc 156,3 nghìn tỷ khung hình mỗi giây (fps).
Các máy quay chuyển động chậm (slow-mo) tốt nhất trong điện thoại thường chỉ hoạt động ở tốc độ vài trăm fps. Máy quay phim chuyên nghiệp có thể sử dụng vài nghìn fps để đạt được hiệu ứng mượt mà hơn. Nhưng nếu bạn muốn nhìn thấy những gì đang diễn ra ở cấp độ nano, bạn sẽ cần quay chậm hơn rất nhiều, xuống tới hàng tỷ hoặc thậm chí hàng nghìn tỷ khung hình mỗi giây.
Máy ảnh mới này có khả năng ghi lại các sự kiện xảy ra trong khoảng thời gian được đo bằng femto giây – phần triệu tỷ của một giây. Để hình dung rõ hơn, số femto giây trong một giây tương đương với số giây trong 32 triệu năm.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển dựa trên công nghệ do họ tạo ra từ năm 2014, được gọi là “chụp ảnh siêu nhanh nén” (CUP) - khi đó đã có thể chụp với tốc độ 100 tỷ fps, một con số có vẻ "tầm thường" ở thời điểm hiện tại. Giai đoạn tiếp theo được gọi là T-CUP, với chữ T là viết tắt của “Trillion-frame-per-second” (nghìn tỷ khung hình mỗi giây) - đúng như tên gọi, máy ảnh này có khả năng quay lên đến 10 nghìn tỷ fps. Và sau đó vào năm 2020, nhóm nghiên cứu đã nâng tốc độ lên 70 nghìn tỷ fps với một phiên bản gọi là “chụp ảnh quang phổ siêu nhanh nén” (CUSP).
Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tăng tốc độ lên gấp đôi, đạt mức 156,3 nghìn tỷ khung hình mỗi giây. Hệ thống máy ảnh mới được đặt tên là "swept-coded aperture real-time femtophotography" (SCARF – tạm dịch: chụp ảnh femto giây thời gian thực sử dụng khẩu độ quét mã hóa), có thể ghi lại các sự kiện diễn ra quá nhanh mà ngay cả các phiên bản trước đó của công nghệ cũng không thể thấy được. Những sự kiện này bao gồm các sóng xung kích di chuyển qua vật chất hoặc bên trong tế bào sống.
Cách SCARF hoạt động
SCARF hoạt động bằng cách đầu tiên bắn ra một xung laser siêu ngắn có tần số quét, xuyên qua sự kiện hoặc vật thể được chụp ảnh. Nếu bạn hình dung ánh sáng như một cầu vồng, các bước sóng đỏ sẽ ghi lại sự kiện đầu tiên, tiếp theo là cam, vàng và xuống đến cuối quang phổ là màu tím. Bởi vì sự kiện xảy ra quá nhanh, vào thời điểm mỗi "màu" tiếp theo đến được đối tượng, nó đã thay đổi, cho phép xung ánh sáng ghi lại toàn bộ diễn biến chỉ trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn.
Xung ánh sáng này sau đó được truyền qua một loạt các thành phần thực hiện các chức năng hội tụ, phản xạ, nhiễu xạ và mã hóa ánh sáng; cho đến khi cuối cùng nó chạm tới cảm biến của máy ảnh thiết bị tích điện kép (CCD). Cảm biến chuyển đổi thông tin thành dữ liệu có thể được máy tính tái tạo thành hình ảnh cuối cùng.
Mặc dù chúng ta khó có thể xem các video tốc độ cao về những quả bóng bay đang nổ được quay bởi hệ thống SCARF, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng việc ghi lại các hiện tượng siêu nhanh mới có thể giúp cải thiện các lĩnh vực như vật lý, sinh học, hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications
Các máy quay chuyển động chậm (slow-mo) tốt nhất trong điện thoại thường chỉ hoạt động ở tốc độ vài trăm fps. Máy quay phim chuyên nghiệp có thể sử dụng vài nghìn fps để đạt được hiệu ứng mượt mà hơn. Nhưng nếu bạn muốn nhìn thấy những gì đang diễn ra ở cấp độ nano, bạn sẽ cần quay chậm hơn rất nhiều, xuống tới hàng tỷ hoặc thậm chí hàng nghìn tỷ khung hình mỗi giây.
Máy ảnh mới này có khả năng ghi lại các sự kiện xảy ra trong khoảng thời gian được đo bằng femto giây – phần triệu tỷ của một giây. Để hình dung rõ hơn, số femto giây trong một giây tương đương với số giây trong 32 triệu năm.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tăng tốc độ lên gấp đôi, đạt mức 156,3 nghìn tỷ khung hình mỗi giây. Hệ thống máy ảnh mới được đặt tên là "swept-coded aperture real-time femtophotography" (SCARF – tạm dịch: chụp ảnh femto giây thời gian thực sử dụng khẩu độ quét mã hóa), có thể ghi lại các sự kiện diễn ra quá nhanh mà ngay cả các phiên bản trước đó của công nghệ cũng không thể thấy được. Những sự kiện này bao gồm các sóng xung kích di chuyển qua vật chất hoặc bên trong tế bào sống.
Cách SCARF hoạt động
SCARF hoạt động bằng cách đầu tiên bắn ra một xung laser siêu ngắn có tần số quét, xuyên qua sự kiện hoặc vật thể được chụp ảnh. Nếu bạn hình dung ánh sáng như một cầu vồng, các bước sóng đỏ sẽ ghi lại sự kiện đầu tiên, tiếp theo là cam, vàng và xuống đến cuối quang phổ là màu tím. Bởi vì sự kiện xảy ra quá nhanh, vào thời điểm mỗi "màu" tiếp theo đến được đối tượng, nó đã thay đổi, cho phép xung ánh sáng ghi lại toàn bộ diễn biến chỉ trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn.
Xung ánh sáng này sau đó được truyền qua một loạt các thành phần thực hiện các chức năng hội tụ, phản xạ, nhiễu xạ và mã hóa ánh sáng; cho đến khi cuối cùng nó chạm tới cảm biến của máy ảnh thiết bị tích điện kép (CCD). Cảm biến chuyển đổi thông tin thành dữ liệu có thể được máy tính tái tạo thành hình ảnh cuối cùng.
Mặc dù chúng ta khó có thể xem các video tốc độ cao về những quả bóng bay đang nổ được quay bởi hệ thống SCARF, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng việc ghi lại các hiện tượng siêu nhanh mới có thể giúp cải thiện các lĩnh vực như vật lý, sinh học, hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications
