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

Esta palestra foi dada num evento TEDx local, produzido independentemente das Conferências TED.
Conheça o “microscópio de movimento”, uma ferramenta de processamento de vídeo que reproduz mudanças mínimas de movimento e de cor, que de outra forma seriam impossíveis de se ver. O pesquisador de vídeo Michael Rubinstein apresenta vídeos de fazer cair o queixo e que demonstram como essa tecnologia pode medir o pulso de um indivíduo e seu batimento cardíaco, simplesmente por uma sequência de imagens. Veja-o recriar uma conversa amplificando os movimentos das ondas sonoras que são refletidas por uma embalagem de chips. Só vendo para crer nas surpreendentes, inspiradoras e ameaçadoras aplicações dessa tecnologia.

Nos últimos séculos,

os microscópios revolucionaram o mundo.

Eles nos revelaram um mundo minúsculo
de objetos, vida e estruturas

muito pequeno para ser visto a olho nú.

Eles são uma enorme contribuição
à ciência e tecnologia.

Hoje eu gostaria de lhes apresentar
um novo tipo de microscópio,

um microscópio de mudanças.

Ele não usa a óptica
como um microscópio comum

para ampliar os objetos,

em vez disso, usa uma câmera de vídeo
e processamento de imagem

para nos revelar as mudanças mínimas

de movimentos e de cor
em objetos e pessoas,

mudanças impossíveis
de serem vistas a olho nu.

Ele nos permite olhar o mundo
de um modo completamente novo.

O que eu quero dizer com mudanças de cor?

Nossa pele, por exemplo,
muda sua cor muito levemente

quando o sangue flui sob ela.

Essa mudança é incrivelmente sutil

e é o motivo pelo qual,
quando se olha outras pessoas,

quando se olha a pessoa ao lado,

não se vê sua pele
ou seu rosto mudar de cor.

Quando se vê este vídeo de Steve aqui,
ele parece uma imagem estática;

mas quando o vemos usando o novo
microscópio especial,

vemos, de repente,
uma imagem completamente diferente.

O que se vê aqui são pequenas mudanças
na cor da pele do Steve.

aumentadas 100 vezes;
e assim elas se tornam visíveis.

Podemos realmente ver uma pulsação humana.

Podemos ver a velocidade
em que o coração do Steve bate,

e também podemos ver a maneira real
do sangue fluir em seu rosto.

Podemos fazê-lo não apenas
para visualizar o pulso,

mas também para recuperar
os ritmos cardíacos,

e medir esses batimentos.

Isso pode ser feito com câmeras comuns
sem tocar nos pacientes.

Aqui se vê o pulso e o batimento cardíaco
medidos em um bebê recém-nascido

a partir de um vídeo que fizemos
com uma câmera DSLR comum,

e as medidas
de batimentos cardíacos obtidas

têm a mesma exatidão que teríamos
usando um monitor padrão de um hospital.

E nem precisa ser um vídeo
que tenhamos gravado.

Podemos fazê-lo
igualmente com outros vídeos.

Aqui eu usei um pequeno clip
de “Batman Begins”

apenas para mostrar
o pulso do Christian Bale.

(Risos)

Você sabe, ele deve estar usando maquiagem

e a iluminação aqui é um desafio,

mesmo assim, apenas com o vídeo,
pudemos medir seu pulso

e mostrá-lo muito bem.

Como fazemos tudo isso?

Basicamente, nós analisamos as mudanças
da luz que são gravadas

em cada pixel do vídeo, ao longo do tempo,

e a seguir, ampliamos tais mudanças.

Nós as aumentamos de modo
a poder vê-las.

A dificuldade é que esses sinais,

as mudanças que procuramos,
são extremamente sutis.

e temos que ser muito cuidadosos
quando tentamos separá-las

dos ruídos que sempre existem em vídeos.

Usamos certas técnicas inteligentes
de processamento de imagens

para obter uma medida precisa
da cor de cada pixel no vídeo,

e a seguir o modo como a cor
muda no decorrer do tempo,

e depois amplificamos as mudanças.

Nós as aumentamos para criar aqueles
vídeos melhorados ou vídeos amplificados

que nos mostram
realmente aquelas mudanças.

Ocorre que podemos fazê-lo não somente
para mostrar pequenas mudanças de cor,

mas também movimentos minúsculos,

e isto se deve a a luz gravada
por nossas câmeras

mudará não somente
quando o objeto se modifica

mas também quando o objeto se movimenta.

Essa é minha filha com mais ou menos...

dois meses de idade.

É um vídeo gravado há cerca de três anos.

Como pais novatos, queríamos
ter certeza de que o bebê era saudável,

que respirava, que estava viva, claro.

Eu também adquiri
um desses monitores de bebês

de modo que pudesse ver minha filha
quando ela dormia.

É bem semelhante ao que se vê
em um monitor comum de bebês.

Você pode ver que o bebê está dormindo,

mas não se tem muitas informações ali.

Não há muita coisa que se pode ver.

Não seria melhor, mais informativo,
ou mais útil.

se pudéssemos ter uma visão como esta?

Aqui captamos os movimentos
e os ampliamos 30 vezes,

e então pudemos ver claramente
que minha filha

estava mesmo viva e que respirava.

(Risos)

Eis uma comparação lado a lado.

De novo, no vídeo original,

não há muita coisa que se pode ver,

mas quando amplificamos os movimentos,
a respiração torna-se muito mais visível.

Descobriu-se que há muitos fenômenos

que podemos revelar e ampliar
com o nosso novo microscópio de movimento.

Podemos ver como nossas veias e artérias
pulsam em nosso corpo.

Podemos ver que nossos olhos
movem-se constantemente

com esse movimento instável.

Na verdade é o meu olho,

o vídeo foi gravado logo depois
que minha filha nasceu,

e podem notar
que eu não dormia muito. (Risos)

Mesmo quando uma pessoa
está sentada e parada,

podemos extrair muita informação

dos seus padrões de respiração
e pequenas expressões faciais.

Talvez possamos usar esses movimentos

para nos contar algo sobre
nossos pensamentos e emoções.

Também podemos ampliar
pequenos movimentos mecânicos,

como as vibrações de motores,

que ajudam os engenheiros a detectar

e diagnosticar problemas em máquinas,

ou perceber como os edifícios e estruturas
balançam com o vento e reagem às forças.

São coisas que a sociedade
sabe como medir de várias formas.

Mas medir esses movimentos é uma coisa

e ver os mesmos movimentos
no momento em que acontecem

é algo totalmente diferente.

E desde que descobrimos
esta nova tecnologia,

nós disponibilizamos seu código online

para que outros possam usá-la
e experimentá-la.

É muito simples de usar.

Funciona nos vídeos que vocês gravam.

Nossos colaboradores no Quantum Research

até criaram esse simpático website;

faz-se o upload
de vídeos, processados online;

mesmo sem terem experiência
em ciência da computação e em programação,

vocês podem facilmente
experimentar esse novo microscópio.

Gostaria de mostrar-lhes alguns exemplos

do que outros fizeram com ele.

Este vídeo foi feito por um usuário
do YouTube chamado Tamez85.

Não sei quem é esse usuário,

mas ele ou ela,
usou o nosso código para ampliar

pequenos movimentos da barriga.

durante a gravidez

É um tanto assustador.

(Risos)

As pessoas o usaram para ampliar
as veias que pulsam em suas mãos.

E você sabe, não é a verdadeira ciência
se não usarmos cobaias.

Parece que este porquinho-da-índia
chama-se Tiffany,

e esse usuário do YouTube declara
que é o primeiro roedor da Terra

que teve seu movimento ampliado.

Também é possível criar arte com ele.

Este vídeo me foi enviado
por uma estudante de design de Yale.

Ela queria ver

se há alguma diferença

como seus colegas de classe se movem.

Ela os colocou em pé, parados,
e então aumentou seus movimentos.

É como ver imagens estáticas
ganharem vida.

E o legal em todos esses exemplos

é que não tínhamos nada a ver com eles.

Apenas fornecemos essa nova ferramenta,
um modo movo de olhar o mundo,

e as pessoas descobrem outros modos

interessantes, novos
e criativos de usá-la.

Mas não paramos por aqui.

Esta ferramenta não nos permite apenas
olhar o mundo de um novo modo,

ela também redefine o que podemos fazer

e expande os limites
do que podemos fazer com as câmeras.

Como cientistas,
começamos a nos perguntar:

quais outros tipos de fenômenos físicos
produzem movimentos muito pequenos

que agora podemos medir
com nossas câmeras?

Um desses fenômenos que focalizamos
recentemente é o som.

Sabemos que o som
são mudanças na pressão do ar

que se deslocam por ele.

Essas ondas de pressão atingem os objetos

e criam pequenas vibrações neles.

É assim que podemos ouvir
e gravar o som.

Mas acontece que o som também
produz movimentos visuais.

Esses movimentos
não são visíveis para nós

mas o são para uma câmera
com o processamento adequado.

Aqui estão dois exemplos.

Esse sou eu demonstrando
minhas grandes qualidades de cantor.

(Canto)

(Risos)

Gravei a minha garganta, cantarolando,

em um vídeo de alta velocidade,
no qual não se vê muita coisa.

Mas quando aumentamos
os movimentos 100 vezes,

podemos observar
todos os movimentos e ondas

no pescoço, envolvidas
na produção do som.

Esse sinal está lá no vídeo.

Sabemos que os cantores
podem quebrar uma taça de vinho

se alcançarem a nota correta.

Aqui vamos tocar uma nota

que está na frequência de ressonância
daquela taça

através de um alto-falante próximo a ela.

Quando tocamos essa nota
e amplificamos os movimentos 250 vezes,

podemos ver muito claramente
como a taça vibra

e entra em ressonância em resposta ao som.

Não é algo que se vê todos os dias.

Lá fora temos o demo já preparado

e eu os incentivo a parar

e a vocês mesmos o acionarem,
e assim poderem vê-lo ao vivo.

Isso nos fez pensar
e nos deu uma ideia maluca.

Será possível inverter o processo
e recuperar o som através do vídeo,

analisando as vibrações mínúsculas
que as ondas de som criam nos objetos,

e basicamente convertê-las de novo
nos sons que as produziram?

Desse modo, podemos transformar
os objetos cotidianos em microfones.

Foi exatamente o que fizemos.

Aqui está um saco vazio de batatas fritas
deixado sobre uma mesa,

e vamos transformá-lo em um microfone

filmando-o com uma câmera de vídeo

e analisando os minúsculos movimentos
que as ondas sonoras criam nele.

Aqui está o som que tocamos na sala.

(Música: "Mary Had a Little Lamb")

E este é um vídeo de alta velocidade
desse saco de chips.

De novo, está tocando.

Não há chance de vermos
qualquer coisa nesse vídeo

apenas olhando-o.

Eis o som que pudemos recuperar

analisando os minúsculos movimentos
nesse vídeo.

(Música: "Mary Had a Little Lamb")

Eu o chamo… Obrigado.

(Aplausos)

Eu o chamo de microfone visual.

Na verdade, extraímos sinais de áudio
de sinais de vídeo.

Somente para lhes dar uma ideia
da magnitude dos movimentos aqui,

um som bem alto fará aquele
saco de batatas

mover-se menos do que um micrômetro.

Isso é um milésimo de um milímetro.

São tão pequenos assim os movimentos
que agora somos capazes de captar

observando como a luz
é refletida pelos objetos

e é gravada pelas câmeras.

Podemos recuperar sons pelo uso
de outros objetos, como plantas.

(Música: "Mary Had a Little Lamb")

E também podemos recuperar a fala.

Aqui está uma pessoa falando em uma sala

Voz: Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went,
that lamb was sure to go.

Michael Rubinstein: E aqui está
a mesma fala recuperada

por meio do vídeo
do mesmo saco de batatas.

Voz: Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went,
that lamb was sure to go.

MR: Usamos "Mary Had a Little Lamb"

porque dizem que foram
as primeiras palavras

que Thomas Edison falou
em seu fonógrafo em 1877.

Foi um dos primeiros aparelhos
de gravação de som da história.

Basicamente, ele dirigia os sons
para um diafragma

que fazia vibrar uma agulha

e esta gravava o som

fazendo um sulco numa folha de estanho
em volta de um cilindro.

Aqui está a demonstração de gravação

e a reprodução do som
com o fonógrafo de Edison.

(Vídeo) Voz: Testing, testing,
one two three.

Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go

Testing, testing, one two three.

Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go.

MR: E agora, 137 anos depois,

podemos captar o som
com qualidade bem semelhante

mas apenas observando objetos
que vibram pelo som, por meio de câmeras,

e até podemos fazê-lo quando a câmera

está a uns 4,5 metros do objeto
atrás de vidros a prova de som.

Esse é o som que pudemos recuperar
em um caso assim.

Voz: Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go.

MR: Claro, a espionagem
é a primeira aplicação que vem à mente.

(Risos)

Mas também poderia ser útil
para outras coisas.

Quem sabe, no futuro,
seremos capazes de usá-lo, por exemplo,

para recuperar o som pelo espaço,

porque o som não se propaga
no espaço, mas a luz o faz.

Nós apenas começamos a explorar

outros possíveis usos
para essa nova tecnologia.

Ela nos deixa ver processos físicos
que sabemos que existem

mas que até agora não conseguíamos ver
com os nossos próprios olhos.

Essa é a nossa equipe.

Tudo o que lhes mostrei hoje

é o resultado de uma colaboração

com este grande grupo de pessoas

e eu os incentivo
e os convido

a conferir nosso website,

experimentarem vocês mesmos,

e se juntarem a nós na exploração
desse mundo de movimentos mínimos.

Obrigado.

(Aplausos)