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← Um grande mundo de pequenos movimentos | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet

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Showing Revision 15 created 02/25/2015 by Tulio Leao.

  1. Nos últimos séculos,
  2. os microscópios revolucionaram o mundo.
  3. Eles nos revelaram um mundo minúsculo
    de objetos, vida e estruturas
  4. muito pequeno para ser visto a olho nú.
  5. Eles são uma enorme contribuição
    à ciência e tecnologia.
  6. Hoje eu gostaria de lhes apresentar
    um novo tipo de microscópio,
  7. um microscópio de mudanças.
  8. Ele não usa a óptica
    como um microscópio comum
  9. para ampliar os objetos,
  10. em vez disso, usa uma câmera de vídeo
    e processamento de imagem
  11. para nos revelar as mudanças mínimas
  12. de movimentos e de cor
    em objetos e pessoas,
  13. mudanças impossíveis
    de serem vistas a olho nu.
  14. Ele nos permite olhar o mundo
    de um modo completamente novo.
  15. O que eu quero dizer com mudanças de cor?
  16. Nossa pele, por exemplo,
    muda sua cor muito levemente
  17. quando o sangue flui sob ela.
  18. Essa mudança é incrivelmente sutil
  19. e é o motivo pelo qual,
    quando se olha outras pessoas,
  20. quando se olha a pessoa ao lado,
  21. não se vê sua pele
    ou seu rosto mudar de cor.
  22. Quando se vê este vídeo de Steve aqui,
    ele parece uma imagem estática;
  23. mas quando o vemos usando o novo
    microscópio especial,
  24. vemos, de repente,
    uma imagem completamente diferente.
  25. O que se vê aqui são pequenas mudanças
    na cor da pele do Steve.
  26. aumentadas 100 vezes;
    e assim elas se tornam visíveis.
  27. Podemos realmente ver uma pulsação humana.
  28. Podemos ver a velocidade
    em que o coração do Steve bate,
  29. e também podemos ver a maneira real
    do sangue fluir em seu rosto.
  30. Podemos fazê-lo não apenas
    para visualizar o pulso,
  31. mas também para recuperar
    os ritmos cardíacos,
  32. e medir esses batimentos.
  33. Isso pode ser feito com câmeras comuns
    sem tocar nos pacientes.
  34. Aqui se vê o pulso e o batimento cardíaco
    medidos em um bebê recém-nascido
  35. a partir de um vídeo que fizemos
    com uma câmera DSLR comum,
  36. e as medidas
    de batimentos cardíacos obtidas
  37. têm a mesma exatidão que teríamos
    usando um monitor padrão de um hospital.
  38. E nem precisa ser um vídeo
    que tenhamos gravado.
  39. Podemos fazê-lo
    igualmente com outros vídeos.
  40. Aqui eu usei um pequeno clip
    de “Batman Begins”
  41. apenas para mostrar
    o pulso do Christian Bale.
  42. (Risos)
  43. Você sabe, ele deve estar usando maquiagem
  44. e a iluminação aqui é um desafio,
  45. mesmo assim, apenas com o vídeo,
    pudemos medir seu pulso
  46. e mostrá-lo muito bem.
  47. Como fazemos tudo isso?
  48. Basicamente, nós analisamos as mudanças
    da luz que são gravadas
  49. em cada pixel do vídeo, ao longo do tempo,
  50. e a seguir, ampliamos tais mudanças.
  51. Nós as aumentamos de modo
    a poder vê-las.
  52. A dificuldade é que esses sinais,
  53. as mudanças que procuramos,
    são extremamente sutis.
  54. e temos que ser muito cuidadosos
    quando tentamos separá-las
  55. dos ruídos que sempre existem em vídeos.
  56. Usamos certas técnicas inteligentes
    de processamento de imagens
  57. para obter uma medida precisa
    da cor de cada pixel no vídeo,
  58. e a seguir o modo como a cor
    muda no decorrer do tempo,
  59. e depois amplificamos as mudanças.
  60. Nós as aumentamos para criar aqueles
    vídeos melhorados ou vídeos amplificados
  61. que nos mostram
    realmente aquelas mudanças.
  62. Ocorre que podemos fazê-lo não somente
    para mostrar pequenas mudanças de cor,
  63. mas também movimentos minúsculos,
  64. e isto se deve a a luz gravada
    por nossas câmeras
  65. mudará não somente
    quando o objeto se modifica
  66. mas também quando o objeto se movimenta.
  67. Essa é minha filha com mais ou menos...
  68. dois meses de idade.
  69. É um vídeo gravado há cerca de três anos.
  70. Como pais novatos, queríamos
    ter certeza de que o bebê era saudável,
  71. que respirava, que estava viva, claro.
  72. Eu também adquiri
    um desses monitores de bebês
  73. de modo que pudesse ver minha filha
    quando ela dormia.
  74. É bem semelhante ao que se vê
    em um monitor comum de bebês.
  75. Você pode ver que o bebê está dormindo,
  76. mas não se tem muitas informações ali.
  77. Não há muita coisa que se pode ver.
  78. Não seria melhor, mais informativo,
    ou mais útil.
  79. se pudéssemos ter uma visão como esta?
  80. Aqui captamos os movimentos
    e os ampliamos 30 vezes,
  81. e então pudemos ver claramente
    que minha filha
  82. estava mesmo viva e que respirava.
  83. (Risos)
  84. Eis uma comparação lado a lado.
  85. De novo, no vídeo original,
  86. não há muita coisa que se pode ver,
  87. mas quando amplificamos os movimentos,
    a respiração torna-se muito mais visível.
  88. Descobriu-se que há muitos fenômenos
  89. que podemos revelar e ampliar
    com o nosso novo microscópio de movimento.
  90. Podemos ver como nossas veias e artérias
    pulsam em nosso corpo.
  91. Podemos ver que nossos olhos
    movem-se constantemente
  92. com esse movimento instável.
  93. Na verdade é o meu olho,
  94. o vídeo foi gravado logo depois
    que minha filha nasceu,
  95. e podem notar
    que eu não dormia muito. (Risos)
  96. Mesmo quando uma pessoa
    está sentada e parada,
  97. podemos extrair muita informação
  98. dos seus padrões de respiração
    e pequenas expressões faciais.
  99. Talvez possamos usar esses movimentos
  100. para nos contar algo sobre
    nossos pensamentos e emoções.
  101. Também podemos ampliar
    pequenos movimentos mecânicos,
  102. como as vibrações de motores,
  103. que ajudam os engenheiros a detectar
  104. e diagnosticar problemas em máquinas,
  105. ou perceber como os edifícios e estruturas
    balançam com o vento e reagem às forças.
  106. São coisas que a sociedade
    sabe como medir de várias formas.
  107. Mas medir esses movimentos é uma coisa
  108. e ver os mesmos movimentos
    no momento em que acontecem
  109. é algo totalmente diferente.
  110. E desde que descobrimos
    esta nova tecnologia,
  111. nós disponibilizamos seu código online
  112. para que outros possam usá-la
    e experimentá-la.
  113. É muito simples de usar.
  114. Funciona nos vídeos que vocês gravam.
  115. Nossos colaboradores no Quantum Research
  116. até criaram esse simpático website;
  117. faz-se o upload
    de vídeos, processados online;
  118. mesmo sem terem experiência
    em ciência da computação e em programação,
  119. vocês podem facilmente
    experimentar esse novo microscópio.
  120. Gostaria de mostrar-lhes alguns exemplos
  121. do que outros fizeram com ele.
  122. Este vídeo foi feito por um usuário
    do YouTube chamado Tamez85.
  123. Não sei quem é esse usuário,
  124. mas ele ou ela,
    usou o nosso código para ampliar
  125. pequenos movimentos da barriga.
  126. durante a gravidez
  127. É um tanto assustador.
  128. (Risos)
  129. As pessoas o usaram para ampliar
    as veias que pulsam em suas mãos.
  130. E você sabe, não é a verdadeira ciência
    se não usarmos cobaias.
  131. Parece que este porquinho-da-índia
    chama-se Tiffany,
  132. e esse usuário do YouTube declara
    que é o primeiro roedor da Terra
  133. que teve seu movimento ampliado.
  134. Também é possível criar arte com ele.
  135. Este vídeo me foi enviado
    por uma estudante de design de Yale.
  136. Ela queria ver
  137. se há alguma diferença
  138. como seus colegas de classe se movem.
  139. Ela os colocou em pé, parados,
    e então aumentou seus movimentos.
  140. É como ver imagens estáticas
    ganharem vida.
  141. E o legal em todos esses exemplos
  142. é que não tínhamos nada a ver com eles.
  143. Apenas fornecemos essa nova ferramenta,
    um modo movo de olhar o mundo,
  144. e as pessoas descobrem outros modos
  145. interessantes, novos
    e criativos de usá-la.
  146. Mas não paramos por aqui.
  147. Esta ferramenta não nos permite apenas
    olhar o mundo de um novo modo,
  148. ela também redefine o que podemos fazer
  149. e expande os limites
    do que podemos fazer com as câmeras.
  150. Como cientistas,
    começamos a nos perguntar:
  151. quais outros tipos de fenômenos físicos
    produzem movimentos muito pequenos
  152. que agora podemos medir
    com nossas câmeras?
  153. Um desses fenômenos que focalizamos
    recentemente é o som.
  154. Sabemos que o som
    são mudanças na pressão do ar
  155. que se deslocam por ele.
  156. Essas ondas de pressão atingem os objetos
  157. e criam pequenas vibrações neles.
  158. É assim que podemos ouvir
    e gravar o som.
  159. Mas acontece que o som também
    produz movimentos visuais.
  160. Esses movimentos
    não são visíveis para nós
  161. mas o são para uma câmera
    com o processamento adequado.
  162. Aqui estão dois exemplos.
  163. Esse sou eu demonstrando
    minhas grandes qualidades de cantor.
  164. (Canto)
  165. (Risos)
  166. Gravei a minha garganta, cantarolando,
  167. em um vídeo de alta velocidade,
    no qual não se vê muita coisa.
  168. Mas quando aumentamos
    os movimentos 100 vezes,
  169. podemos observar
    todos os movimentos e ondas
  170. no pescoço, envolvidas
    na produção do som.
  171. Esse sinal está lá no vídeo.
  172. Sabemos que os cantores
    podem quebrar uma taça de vinho
  173. se alcançarem a nota correta.
  174. Aqui vamos tocar uma nota
  175. que está na frequência de ressonância
    daquela taça
  176. através de um alto-falante próximo a ela.
  177. Quando tocamos essa nota
    e amplificamos os movimentos 250 vezes,
  178. podemos ver muito claramente
    como a taça vibra
  179. e entra em ressonância em resposta ao som.
  180. Não é algo que se vê todos os dias.
  181. Lá fora temos o demo já preparado
  182. e eu os incentivo a parar
  183. e a vocês mesmos o acionarem,
    e assim poderem vê-lo ao vivo.
  184. Isso nos fez pensar
    e nos deu uma ideia maluca.
  185. Será possível inverter o processo
    e recuperar o som através do vídeo,
  186. analisando as vibrações mínúsculas
    que as ondas de som criam nos objetos,
  187. e basicamente convertê-las de novo
    nos sons que as produziram?
  188. Desse modo, podemos transformar
    os objetos cotidianos em microfones.
  189. Foi exatamente o que fizemos.
  190. Aqui está um saco vazio de batatas fritas
    deixado sobre uma mesa,
  191. e vamos transformá-lo em um microfone
  192. filmando-o com uma câmera de vídeo
  193. e analisando os minúsculos movimentos
    que as ondas sonoras criam nele.
  194. Aqui está o som que tocamos na sala.
  195. (Música: "Mary Had a Little Lamb")
  196. E este é um vídeo de alta velocidade
    desse saco de chips.
  197. De novo, está tocando.
  198. Não há chance de vermos
    qualquer coisa nesse vídeo
  199. apenas olhando-o.
  200. Eis o som que pudemos recuperar
  201. analisando os minúsculos movimentos
    nesse vídeo.
  202. (Música: "Mary Had a Little Lamb")
  203. Eu o chamo… Obrigado.
  204. (Aplausos)
  205. Eu o chamo de microfone visual.
  206. Na verdade, extraímos sinais de áudio
    de sinais de vídeo.
  207. Somente para lhes dar uma ideia
    da magnitude dos movimentos aqui,
  208. um som bem alto fará aquele
    saco de batatas
  209. mover-se menos do que um micrômetro.
  210. Isso é um milésimo de um milímetro.
  211. São tão pequenos assim os movimentos
    que agora somos capazes de captar
  212. observando como a luz
    é refletida pelos objetos
  213. e é gravada pelas câmeras.
  214. Podemos recuperar sons pelo uso
    de outros objetos, como plantas.
  215. (Música: "Mary Had a Little Lamb")
  216. E também podemos recuperar a fala.
  217. Aqui está uma pessoa falando em uma sala
  218. Voz: Mary had a little lamb
    whose fleece was white as snow,
  219. and everywhere that Mary went,
    that lamb was sure to go.
  220. Michael Rubinstein: E aqui está
    a mesma fala recuperada
  221. por meio do vídeo
    do mesmo saco de batatas.
  222. Voz: Mary had a little lamb
    whose fleece was white as snow,
  223. and everywhere that Mary went,
    that lamb was sure to go.
  224. MR: Usamos "Mary Had a Little Lamb"
  225. porque dizem que foram
    as primeiras palavras
  226. que Thomas Edison falou
    em seu fonógrafo em 1877.
  227. Foi um dos primeiros aparelhos
    de gravação de som da história.
  228. Basicamente, ele dirigia os sons
    para um diafragma
  229. que fazia vibrar uma agulha
  230. e esta gravava o som
  231. fazendo um sulco numa folha de estanho
    em volta de um cilindro.
  232. Aqui está a demonstração de gravação
  233. e a reprodução do som
    com o fonógrafo de Edison.
  234. (Vídeo) Voz: Testing, testing,
    one two three.
  235. Mary had a little lamb
    whose fleece was white as snow,
  236. and everywhere that Mary went,
    the lamb was sure to go
  237. Testing, testing, one two three.
  238. Mary had a little lamb
    whose fleece was white as snow,
  239. and everywhere that Mary went,
    the lamb was sure to go.
  240. MR: E agora, 137 anos depois,
  241. podemos captar o som
    com qualidade bem semelhante
  242. mas apenas observando objetos
    que vibram pelo som, por meio de câmeras,
  243. e até podemos fazê-lo quando a câmera
  244. está a uns 4,5 metros do objeto
    atrás de vidros a prova de som.
  245. Esse é o som que pudemos recuperar
    em um caso assim.
  246. Voz: Mary had a little lamb
    whose fleece was white as snow,
  247. and everywhere that Mary went,
    the lamb was sure to go.
  248. MR: Claro, a espionagem
    é a primeira aplicação que vem à mente.
  249. (Risos)
  250. Mas também poderia ser útil
    para outras coisas.
  251. Quem sabe, no futuro,
    seremos capazes de usá-lo, por exemplo,
  252. para recuperar o som pelo espaço,
  253. porque o som não se propaga
    no espaço, mas a luz o faz.
  254. Nós apenas começamos a explorar
  255. outros possíveis usos
    para essa nova tecnologia.
  256. Ela nos deixa ver processos físicos
    que sabemos que existem
  257. mas que até agora não conseguíamos ver
    com os nossos próprios olhos.
  258. Essa é a nossa equipe.
  259. Tudo o que lhes mostrei hoje
  260. é o resultado de uma colaboração
  261. com este grande grupo de pessoas
  262. e eu os incentivo
    e os convido
  263. a conferir nosso website,
  264. experimentarem vocês mesmos,
  265. e se juntarem a nós na exploração
    desse mundo de movimentos mínimos.
  266. Obrigado.
  267. (Aplausos)