Vedere movimenti invisibili, sentire suoni impercettibili. Fantastico? Inquietante? Impossibile decidere.

Vi presentiamo il "microscopio dei movimenti", uno strumento di elaborazione video che fa risaltare i cambi di movimento e colore impossibili da vedere a occhio nudo. Il ricercatore Michael Rubinstein presenta una serie di video impressionanti che mostrano come la sua tecnologia possa tracciare il battito di una persona semplicemente da una ripresa video. Guardatelo ricreare una conversazione amplificando i movimenti delle onde sonore che rimbalzano su un sacchetto di patatine. Le applicazioni sorprendenti e sinistre di questa applicazione sono da guardare per credere.

Negli ultimi secoli, i microscopi
hanno rivoluzionato il mondo.

Ci hanno svelato un mondo di oggetti,
vita e strutture minuscoli,

troppo piccoli da vedere a occhio nudo.

Hanno dato un enorme contributo
alla scienza e alla tecnologia.

Oggi, vorrei presentarvi
un nuovo tipo di microscopio,

un microscopio dei cambiamenti.

Non usa l'ottica
di un normale microscopio

che ingrandisce gli oggetti,

ma usa una videocamera
e l'elaborazione di immagini

per rivelare i più piccoli movimenti
e cambiamenti di colore

negli oggetti e nelle persone,

cambiamenti che sono impossibili
da vedere a occhio nudo.

E ci permette di vedere il mondo
in modo del tutto nuovo.

Cosa intendo per cambiamento di colore?

La pelle, per esempio,
cambia impercettibilmente colore

con lo scorrere del sangue.

È un cambiamento
veramente minimo,

e per questo quando guardate
altre persone,

come la persona seduta accanto a voi,

la loro pelle, il loro viso,
non sembra cambiare colore.

Guardando questo video di Steve,
sembra un'immagine statica,

ma guardandolo attraverso
il nuovo microscopio speciale,

vediamo un'immagine
completamente diversa.

Vedete qui i minuscoli cambiamenti
cromatici della pelle di Steve,

aumentati di 100 volte
per renderli visibili.

Possiamo vedere il battito cardiaco.

Possiamo vedere la velocità
del battito di Steve,

ma anche come il sangue
scorre nel suo viso.

E questo non serve solo
a visualizzare il battito,

ma anche a misurare
la frequenza cardiaca.

Lo si può fare con normali telecamere,
senza toccare i pazienti.

Qui vedete il battito e la frequenza
estratte dal video di un neonato

girato con una normale
fotocamera DSLR,

e il battito cardiaco che misura

è altrettanto preciso di quello
misurato in ospedale.

E non deve nemmeno essere
un video girato da noi.

Possiamo lavorare anche con altri video.

Ho preso un breve estratto
di "Batman Begins"

per mostrarvi il polso di Christian Bale.

(Risate)

Immagino sia truccato,

con le luci è difficile,

eppure, solo dal video,
siamo in grado di estrarre il polso

e mostrarlo abbastanza bene.

Ma allora, come funziona?

In sostanza analizziamo
i cambiamenti di luce registrati

in ogni pixel del video, nel tempo,

e intensifichiamo questi cambiamenti.

Li amplifichiamo per renderli visibili.

La cosa difficile è che questi segnali,

questi cambiamenti che cerchiamo,
sono impercettibili,

dobbiamo stare molto attenti
nel cercare di distinguerli

dal rumore sempre presente nei video.

Usiamo quindi tecniche avanzate
di elaborazione delle immagini

per misurare accuratamente
il colore di ogni pixel nel video,

e il modo in cui questo colore
cambia nel tempo,

e amplifichiamo questi cambiamenti.

Li amplifichiamo per creare
questi video ingranditi, aumentati,

che di fatto ci mostrano
queste variazioni.

[Microscopio dei Cambiamenti]
E a quanto pare questa tecnica

può mostrare non solo variazioni
cromatiche, ma anche piccoli movimenti,

e questo perché la luce registrata
dalle nostre videocamere

cambia non soltanto
con il colore degli oggetti,

ma anche con i movimenti.

Questa è mia figlia a circa due mesi.

È un video che ho girato
circa tre anni fa.

Quando diventiamo genitori,
vogliamo sapere che i nostri figli

stanno bene, respirano,
sono ancora vivi.

Anche io ho comprato
uno di quei baby monitor

per vedere mia figlia
quando dormiva.

E questo è quello che si vede
con un normale baby monitor.

Vedete il bambino che dorme,
ma non dà molte informazioni.

Non si vede molto.

Non sarebbe meglio,
più informativo, più utile,

se potessimo invece vederlo
in questo modo.

Qui ho ho amplificato
i movimenti 30 volte,

e qui si vede chiaramente che mia figlia
era viva e respirava.

(Risate)

Eccoli fianco a fianco.

Nel video originale,

non si vede molto,

ma una volta amplificato,
la respirazione si fa molto più visibile.

A quanto pare, sono molti i fenomeni
che si possono rivelare

e amplificare con il nostro nuovo
microscopio del movimento.

Possiamo vedere come pulsano
le vene e arterie.

Possiamo vedere come gli occhi
si muovono di continuo

con un movimento ondeggiante.

Questo è il mio occhio,

questo video è stato girato
poco dopo la nascita di mia figlia,

si vede che non dormivo molto.
(Risate)

Anche da una persona
che è seduta immobile,

possiamo estrarre
molte informazioni

sul ritmo della respirazione,
le piccoli espressioni facciali.

Magari potremmo usare
questi movimenti

per capire qualcosa
dei nostri pensieri e emozioni.

Possiamo anche amplificare
piccoli movimenti meccanici,

come le vibrazioni nei motori,

che possono aiutare gli ingegneri
a rilevare problemi meccanici,

o vedere come edifici e strutture
oscillano al vento e reagiscono.

Sono tutti fenomeni che la nostra società
sa misurare, in modi diversi,

ma una cosa è misurare
questi movimenti,

un'altra è vederli
proprio mentre accadono.

Quando abbiamo scoperto
questa nuova tecnologia,

abbiamo subito reso disponibile
online il codice

in modo che altri
possano utilizzarlo e sperimentare.

È molto semplice da usare.

Funziona anche con i vostri video.

I nostri collaboratori a Quanta Research
hanno anche creato un sito web

in cui si possono caricare
video e elaborarli online.

Anche se non avete esperienza
informatica o di programmazione,

potete facilmente sperimentare
con questo nuovo microscopio.

Vorrei mostrarvi un paio di esempi

di cosa altri ci hanno fatto.

Questo video è stato fatto
da un utente YouTube di nome Tamez85.

Non so chi sia,

ma lui, o lei, ha usato il nostro codice

per amplificare i piccoli movimenti
della pancia durante la gravidanza.

È un po' inquietante.

(Risate)

Altri lo hanno usato per amplificare
vene che pulsano nelle mani.

E non è vera scienza
finché non usate i porcellini d'India --

questo porcellino d'india
pare si chiami Tiffany,

questo utente YouTube sostiene
sia il primo roditore sulla Terra

a cui sono stati amplificati
i movimenti.

Ci si può anche fare arte.

Questo video mi arriva
da una studentessa di design di Yale.

Voleva vedere se ci fossero differenze

nel modo di muoversi
dei suoi compagni.

Li ha fatti stare tutti fermi,
e poi ha amplificato i loro movimenti.

È come vedere immagini
che prendono vita.

La cosa bella di tutti questi esempi

è che noi non abbiamo avuto niente
a che fare con queste applicazioni.

Abbiamo solo fornito lo strumento,
un nuovo modo di guardare il mondo,

e la gente ha trovato altri modi
interessanti, nuovi e creativi di usarlo.

Ma non ci siamo fermati qui.

Questo strumento non ci permette solo

di vedere il mondo in modo diverso.

Ridefinisce ciò che si può fare,

spinge i limiti di ciò che si può fare
con le videocamere.

In quanto scienziati, ci siamo chiesti:

quali altri fenomeni fisici
producono minuscoli movimenti

che adesso possiamo misurare
con le nostre telecamere?

Uno dei fenomeni su cui
ci siamo concentrati è il suono.

Il suono, si sa,
consiste di variazioni

di pressione
che si trasmettono nell'aria.

Queste onde colpiscono
gli oggetti e creano piccole vibrazioni,

ed è così che sentiamo
e registriamo i suoni.

Ma il suono produce
anche movimenti visivi.

Sono movimenti invisibili per noi,

ma visibili per la telecamera
con l'elaborazione adatta.

Ecco due esempi.

Questo sono io che dimostro
le mie grandi doti canore.

(Canta)

(Risate)

Ecco un video accelerato
della mia gola, mentre canticchio.

Ancora una volta,
guardando il video,

non si vede molto,

ma una volta ampliati
i movimenti 100 volte,

vediamo tutti i movimenti
e le onde sul collo

che sono collegati
alla produzione di quel suono.

Il segnale sonoro è nel video.

Sappiamo anche che i cantanti
possono rompere un bicchiere

con la nota giusta.

Allora qui, suoneremo una nota

con la frequenza di risonanza
di quel bicchiere

con l'altoparlante che è lì accanto.

Se suoniamo quella nota e amplifichiamo
250 volte i movimenti

vediamo chiaramente il bicchiere vibrare

e risuonare in reazione a quel suono.

Non è una cosa che si vede
tutti i giorni.

Ma questo ci ha fatto pensare.
Ci ha dato un'idea:

possiamo invertire il processo,
e ricreare da un video, il suono

analizzando le minuscole vibrazioni
che le onde sonore creano negli oggetti,

e riconvertire le onde nei suoni
che le hanno prodotte.

In questo modo, possiamo rendere
qualunque oggetto un microfono.

Ed è quello che abbiamo fatto.

Ecco un sacchetto vuoto
di patatine sul tavolo.

Ora trasformeremo il sacchetto
in un microfono

filmandolo con una videocamera

e analizzando come le onde sonore
lo fanno muovere.

Ecco che suono c'era
in quella stanza.

(Musica: "Mary Had a Little Lamb")

Ed ecco un video accelerato
di quel sacchetto di patatine.

Ancora una volta, a guardarlo

è impossibile vedere qualcosa

ma questo è il suono
che siamo riusciti a recuperare

solo analizzando
i minuscoli movimenti del video.

(Musica: "Mary Had a Little Lamb")

Lo chiamo -- Grazie.

(Applausi)

Lo chiamo microfono visivo.

Abbiamo estratto segnali audio
dal segnale video.

Solo per darvi un'idea
dell'ampiezza del movimento,

un suono piuttosto forte fa muovere
il sacchetto di meno di un micrometro.

Cioè un millesimo di millimetro.

Sono davvero minuscoli i movimenti
che riusciamo a estrarre

osservando la luce
che rimbalza sugli oggetti

e viene registrata
dalle nostre videocamere.

Possiamo estrarre suoni
da altri oggetti, come le piante.

(Musica: "Mary Had a Little Lamb")

E possiamo anche ricreare il parlato.

Questa è una persona
che parla in una stanza.

Voce: "Mary aveva una pecorella
dal manto bianco come la neve,

e ovunque andasse Mary,
andava anche la pecorella".

Ed ecco lo stesso discorso,
ricostruito

dal video e dal sacchetto di patatine.

Voce: "Mary aveva una pecorella
dal manto bianco come la neve,

e ovunque andasse Mary,
andava anche la pecorella".

Abbiamo usato
"Mary Had a Little Lamb"

perché si dice siano le prime parole

pronunciate da Thomas Edison
nel fonografo nel 1877.

È stato uno dei primi apparecchi
di registrazione della storia.

Indirizzava i suoni in un diaframma

che faceva vibrare un ago,
che incideva il suono nella carta stagnola

che avvolgeva il cilindro.

Ecco una dimostrazione di registrazione
e riproduzione con il fonografo di Edison.

(Video) Voce: "Test, test, uno due tre.

Mary aveva una pecorella
dal manto bianco come la neve,

e ovunque andasse Mary,
andava anche la pecorella.

Test, test, uno due tre.

Mary aveva una pecorella
dal manto bianco come la neve,

e ovunque andasse Mary,
andava anche la pecorella".

Oggi, 137 anni dopo,

siamo in grado di riprodurre
il suono con la stessa qualità

solo guardando oggetti
che vibrano al suono con videocamere,

e possiamo anche farlo
quando la videocamera

è a più di quattro metri dall'oggetto,
dietro un vetro insonorizzato.

Questo è il suono recuperato in quel caso.

Voce: "Mary aveva una pecorella
dal manto bianco come la neve

e ovunque andasse Mary,
andava anche la pecorella".

Ovviamente, la sorveglianza è
la prima applicazione che viene in mente.

(Risate)

Ma potrebbe essere utile
anche per altre cose.

Magari in futuro, saremo in grado
di usarlo, per esempio,

per ricostruire i suoni dallo spazio,

perché il suono non può viaggiare
nello spazio, ma la luce sì.

Abbiamo solo iniziato ad esplorare

tutti gli usi possibili
di questa nuova tecnologia.

Ci fa vedere processi fisici
che sappiamo esistere

ma che finora non abbiamo mai visto
con i nostri occhi.

Ecco la nostra équipe.

Ciò che vi ho mostrato oggi
è il risultato della collaborazione

con questo fantastico gruppo di persone

e vi invito a visitare il nostro sito web,

provare voi stessi,

e esplorate con noi
l'universo dei piccoli movimenti.

Grazie.

(Applausi)