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← Un vasto mundo de movimientos diminutos | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet

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Showing Revision 9 created 03/15/2015 by Emma Gon.

  1. En los últimos siglos, los microscopios
    han revolucionado nuestro mundo.
  2. Nos han revelado un diminuto mundo
    de objetos, vidas y estructuras,
  3. que son muy pequeños
    para verlos a simple vista.
  4. Una enorme contribución
    a la ciencia y la tecnología.
  5. Hoy quisiera presentarles
    un nuevo tipo de microscopio,
  6. un microscopio de cambios.
  7. No usa la óptica de
    un microscopio ordinario
  8. para agrandar objetos pequeños,
  9. sino una cámara de video
    y procesamiento de imágenes
  10. para revelar cambios
    de color y movimientos
  11. diminutos en personas y objetos,
  12. cambios que serían imposibles
    de ver a simpe vista.
  13. Nos permite ver nuestro mundo
    de una forma completamente nueva.
  14. ¿Qué quiero decir con cambios de color?
  15. Nuestra piel, por ejemplo,
    cambia de color muy ligeramente,
  16. cuando la sangre fluye por ella.
  17. Ese cambio es increíblemente sutil,
  18. por eso cuando ven a los demás,
  19. cuando ven a la persona
    sentada junto a Uds.
  20. no ven que su piel o su cara
    cambie de color.
  21. Cuando vemos este video de Steve,
    nos parece una imagen estática.
  22. Pero cuando lo vemos mediante
    nuestro nuevo microscopio especial
  23. repentinamente vemos una imagen
    completamente diferente.
  24. Lo que ven aquí son los leves
    cambios de color de la piel de Steve,
  25. magnificados 100 veces
    para hacerlos visibles.
  26. De hecho vemos el pulso humano.
  27. Podemos ver la frecuencia
    del pulso de Steve,
  28. y también cómo fluye
    la sangre en su cara.
  29. Podemos hacer eso
    no sólo para ver el pulso
  30. sino para recuperar
    el ritmo cardiaco y medirlo.
  31. Y lo podemos hacer con cámaras
    comunes sin tocar a los pacientes.
  32. Aquí vemos el pulso y ritmo cardiaco
    de un bebé recién nacido
  33. a partir de un video que tomamos
    con una cámara DSLR común
  34. y la medición obtenida del ritmo cardiaco
  35. es tan precisa como la que se obtiene
    de un monitorio estándar de hospital
  36. y ni siquiera tiene que ser
    un video grabado por nosotros.
  37. En esencia podemos hacerlo
    con otros videos también.
  38. Tomé una secuencia de "Batman inicia"
  39. sólo para mostrar
    el pulso de Christian Bale.
  40. (Risas)
  41. Es de suponer que tiene maquillaje,
  42. la luz aquí lo dificulta;
  43. aun así, del video,
    pudimos extraer su pulso
  44. y se muestra bastante bien.
  45. ¿Cómo lo hacemos?
  46. Analizamos los cambios
    de luz que se registran
  47. en cada pixel del video en el tiempo
  48. y luego empalmamos esos cambios.
  49. Los magnificamos para poder verlos.
  50. El truco es que esas señales,
  51. esos cambios que buscamos
    son en extremo sutiles,
  52. por eso debemos ser
    cuidadosos al separarlos.
  53. del ruido que siempre hay en los videos.
  54. Así que usamos técnicas
    de procesamiento ingeniosas
  55. para obtener mediciones precisas
    del color de cada pixel en el video
  56. y la forma como cambia
    el color con el tiempo
  57. para luego amplificar esos cambios.
  58. Los agrandamos para crear videos
    realzados o magnificados,
  59. que en efecto nos muestran esos cambios.
  60. Pero resulta que podemos hacer eso
    no sólo para cambios leves de color,
  61. sino también para movimientos leves,
  62. y eso se debe a que la luz grabada
    por nuestras cámaras,
  63. cambiará no sólo si el color
    del objeto cambia,
  64. sino también cuando el objeto se mueve.
  65. Esta es mi hija cuando tenía
    dos meses de edad.
  66. Es un video que grabé hace tres años.
  67. Como todo padre primerizo, queremos
    saber que nuestros bebés están bien,
  68. que están respirando y
    que están vivos, claro está.
  69. Así que también teníamos
    uno de esos monitores de bebé
  70. para poder ver a mi hija cuando dormía.
  71. Y esto es lo que verían con
    un monitor de bebé estándar.
  72. Pueden ver al bebé durmiendo
  73. y no hay mucha más información.
  74. No hay mucho que podamos ver.
  75. ¿No sería mejor o más útil
    o más informativo
  76. si en cambio pudiéramos ver esto?
  77. Grabé estos movimientos
    y los magnifiqué 30 veces.
  78. Y puedo ver claramente que mi hija
  79. en efecto está viva y respirando.
  80. (Risas)
  81. Aquí tienen una comparación en paralelo
  82. del video fuente, el video original,
  83. en el que no hay mucho que podamos ver;
  84. pero una vez magnificados,
    la respiración se hace más visible.
  85. Y resulta que hay muchos fenómenos
  86. que podemos revelar y magnificar
    con nuestro microscopio de movimiento.
  87. Podemos ver cómo pulsan
    nuestras venas y arterias del cuerpo,
  88. que nuestros ojos están
    en movimiento constante
  89. en este movimiento tembloroso.
  90. Y ese es de hecho mi ojo
  91. y este video fue tomado justo
    después de que nació mi hija;
  92. pueden ver que no había
    dormido mucho. (Risas)
  93. Incluso si una persona está quieta,
  94. hay mucha información
    que podemos extraer
  95. sobre sus patrones de respiración,
    leves expresiones faciales.
  96. Quizá pudiéramos usar esos movimientos
  97. para que nos digan algo de
    nuestros pensamientos y emociones.
  98. También podemos magnificar
    movimientos mecánicos diminutos
  99. como las vibraciones en máquinas
  100. que pueden servir para detectar
    problemas mecánicos
  101. o ver cómo edificios y estructuras
    reaccionan con el viento o fuerzas.
  102. Todas ellas son mediciones
    que hacemos de varias formas,
  103. pero medir esos movimientos es una cosa
  104. y en efecto verlos cuando ocurren
  105. es algo totalmente diferente.
  106. Desde que descubrimos
    esta nueva tecnología,
  107. pusimos nuestro software
    a disposición en línea
  108. para que otros puedan
    usarla y experimentar con ella.
  109. Es muy sencilla de usar.
  110. Puede funcionar con sus propios videos.
  111. Nuestros colaboradores
    en Quantum Research
  112. incluso crearon este sitio web
  113. donde pueden subir sus videos
    y procesarlos en línea.
  114. Así, aunque no tengan
    experiencia en programación,
  115. pueden fácilmente experimentar
    con este nuevo microscopio.
  116. Quisiera mostrarles
    un par de ejemplos
  117. de lo que otros han hecho con él.
  118. Este video lo hizo para
    YouTube, el usuario Tamez85,
  119. a quien no conozco,
  120. pero él o ella usó nuestro código
  121. para magnificar los leves movimientos
    del vientre durante el embarazo.
  122. Es un poco escalofriante.
  123. (Risas)
  124. La gente lo ha usado para magnificar
    las venas de sus manos.
  125. No es ciencia real a menos
    de que usen conejillos de indias
  126. y aparentemente este conejillo
    de indias se llama Tiffany.
  127. Y este usuario de YouTube afirma
    que es el primer roedor
  128. del planeta cuyo movimiento
    ha sido magnificado.
  129. También pueden hacer arte.
  130. Este video me lo envió
    una estudiante de diseño de Yale.
  131. Quiso ver si había diferencias
  132. en los movimientos
    de sus compañeros de clase.
  133. Les pidió que estuvieran quietos
    y luego magnificó sus movimientos.
  134. Es como ver fotos fijas que toman vida.
  135. Lo agradable de todos estos ejemplos
  136. es que no tenemos
    nada que ver con ellos.
  137. Sólo ofrecimos una nueva herramienta,
    una forma nueva de ver el mundo
  138. y la gente encuentra formas nuevas,
    creativas e interesantes de usarla.
  139. Pero no nos quedamos ahí.
  140. Esta herramienta no sólo nos permite
    ver el mundo de una nueva manera
  141. también redefine lo que podemos hacer
  142. y estrecha los límites de lo que podemos
    hacer con nuestras cámaras.
  143. Como científicos
    nos empezamos a preguntar,
  144. ¿qué otros fenómenos físicos
    producen movimientos diminutos
  145. que podamos ahora medir
    con nuestras cámaras?
  146. Uno de esos fenómenos al
    que nos enfocamos es el sonido.
  147. El sonido, como sabemos, es en esencia
  148. cambios en la presión de aire
    que viaja por el aire.
  149. Esas ondas de presión golpean objetos
    y crean diminutas vibraciones
  150. que es como escuchamos
    y grabamos el sonido.
  151. Pero resulta que el sonido también
    produce movimientos visuales
  152. que no son visibles para nosotros,
  153. pero sí para una cámara
    con el procesamiento correcto.
  154. He aquí dos ejemplos.
  155. Aquí estoy demostrando
    mis aptitudes de canto.
  156. (Cantando)
  157. (Risas)
  158. Tomé un video en alta velocidad
    de mi garganta mientras tarareaba.
  159. Si miran fijamente el video
  160. no hay mucho que puedan ver,
  161. pero al magnificarlo 100 veces,
    vemos los movimientos
  162. y ondulaciones involucrados
    del cuello al producir sonido.
  163. Esa señal está ahí en el video.
  164. También sabemos que los cantantes
    pueden romper una copa de vino,
  165. si dan la nota correcta.
  166. Aquí tocaremos una nota
  167. en la frecuencia de
    resonancia de esta copa
  168. con un parlante a un lado.
  169. Tocamos la nota y magnificamos
    el movimiento 250 veces.
  170. Podemos ver claramente
    cómo vibra la copa
  171. y resuena en respuesta al sonido.
  172. No es algo que se suela ver a diario.
  173. Instalamos una demo justo afuera,
  174. así que los animo a que pasen,
  175. que jueguen Uds. mismos
    para que lo vean en vivo.
  176. Pero esto nos hizo
    reflexionar en una idea loca.
  177. ¿Podemos invertir este proceso
    y recuperar sonido del video
  178. analizando las diminutas vibraciones
    que las ondas sonoras crean en objetos
  179. y convertirlos de vuelta en
    los sonidos que los produjeron?
  180. De esta forma podemos convertir
    objetos cotidianos en micrófonos.
  181. Y eso hicimos exactamente.
  182. Esta es una bolsa vacía
    de papas sobre una mesa
  183. y convertiremos esta bolsa
    de papas en un micrófono
  184. filmándola con una cámara de video
  185. y analizando los leves movimientos
    que las ondas sonoras hacen.
  186. Este es el sonido que tocamos.
  187. (Música: "María tenía un corderito")
  188. Este es un video a alta velocidad
    grabado de esa bolsa de papas.
  189. Otra vez, está tocando.
  190. No hay forma de que puedan ver
    que suceda algo en ese video
  191. con sólo mirarlo,
  192. pero este es el sonido
    que pudimos recuperar analizando
  193. los leves movimientos del video.
  194. (Música: "María tenía un corderito")
  195. Le llamo... gracias.
  196. (Aplausos)
  197. Le llamo el micrófono visual.
  198. De hecho extraemos señales
    de audio de las señales de video.
  199. Sólo para darles un sentido
    de la escala del movimiento,
  200. un sonido fuerte hará
    que esa bolsa de papas
  201. se mueva menos de un micrómetro,
  202. esto es una milésima de un milímetro.
  203. Así de pequeños son los movimientos
    que ahora podemos sacar
  204. con tan solo observar
    los rebotes de luz en los objetos
  205. que grabamos con nuestras cámaras.
  206. Podemos recuperar sonidos
    de otros objetos como plantas.
  207. (Música: "María tenía un corderito")
  208. Lo mismo que el habla.
  209. Esta es una persona hablando.
  210. Voz: María tenía un corderito
    cuya lana era blanca como la nieve
  211. y adonde fuera María,
    el corderito seguro la seguía.
  212. Michael Rubinstein: Y aquí tienen
    esa alocución recuperada
  213. de este video con
    la misma bolsa de papas.
  214. Voz: María tenía un corderito,
    cuya lana era blanca como la nieve
  215. y adonde fuera María,
    el corderito seguro la seguía.
  216. MR: Usamos "María tenía un corderito",
  217. porque se dice que esas fueron
    las primeras palabras
  218. que Tomás Edison dijo
    con su fonógrafo en 1877.
  219. Ese fue uno de los primeros dispositivos
    de grabación de sonido de la historia.
  220. Básicamente dirige
    el sonido a un diafragma,
  221. que hace vibrar una aguja
    que graba el sonido en papel estaño
  222. enrollado en un cilindro.
  223. Esta es una demostración de grabación
  224. y reproducción de sonido
    con el fonógrafo de Edison.
  225. (Video) Voz: Probando,
    probando, uno, dos tres.
  226. María tenía un corderito
    cuya lana era blanca como la nieve
  227. y adonde fuera María,
    el corderito seguro la seguía.
  228. Probando, probando, uno, dos tres.
  229. María tenía un corderito
    cuya lana era blanca como la nieve
  230. y adonde fuera María,
    el corderito seguro la seguía.
  231. MR: Y ahora, 137 años después,
  232. podemos obtener sonido con
    una calidad bastante similar
  233. tan solo mirando objetos que vibran
    con el sonido usando cámaras
  234. e incluso podemos hacerlo con la cámara
  235. a casi 5 metros del objeto detrás
    de un vidrio insonorizado.
  236. Este es el sonido que pudimos
    recuperar en este caso.
  237. Voz: María tenía un corderito
    cuya lana era blanca como la nieve
  238. y adonde fuera María,
    el corderito seguro la seguía.
  239. MR: Claro está que la vigilancia es
    la primera aplicación que imaginamos.
  240. (Risas)
  241. Pero quizá también sería
    útil para otras cosas.
  242. Quizá en el futuro,
    podamos usarlo por ejemplo,
  243. para recuperar sonido del espacio
  244. porque el sonido no puede viajar
    en el espacio, pero sí la luz.
  245. Apenas estamos explorando
  246. otros posibles usos
    para esta nueva tecnología.
  247. Nos permite ver procesos
    físicos que conocemos,
  248. pero que nunca hemos podido verlos
    con nuestros propios ojos hasta ahora.
  249. Este es nuestro equipo.
  250. Todo lo mostrado hoy es
    resultado de una colaboración
  251. con este grandioso equipo
    de gente que ven aquí.
  252. Son bienvenidos a
    visitar nuestro sitio web
  253. para que los prueben Uds. mismos
  254. y exploren con nosotros este mundo
    de movimientos diminutos.
  255. Gracias.
  256. (Aplausos)