حسناً، خلال القرون القليلة الماضية استطاعت المجاهر ان تحدث ثورة في عالمنا
لقد أظهرت لنا عالماً صغيراً جداً من الأشياء، من الحياة، و من الهياكل
الصغيرة جدا بالنسبة لنا كي نستطيع ان نراها بأعيننا المجردة
انها اسهامات هائلة للعلم و التكنولوجيا
اليوم أود أن اقدم لكم نوع جديد من المجاهر
مجاهر للتغيرات.
انها لا تستخدم البصريات مثل المجاهر العادية
من أجل أن تجعل الأشياء الصغيرة كبيرة
ولكن عوضا عن ذلك تستخدم آلات تصوير فيديو ومعالجة صور
لكي تظهر لنا الحركات الاصغر وتغيرات الالوان في الاشياء والاشخاص،
تغييرات من المستحيل لنا ان نراها بأعيننا المجردة
وتمكننا من ان ننظر الى عالمنا بطريقة جديدة تماما
اذاً ماذا أعني بتغيرات الألوان ؟
جلدنا، مثلاً، يغير لونه بشكل طفيف
عندما تتدفق الدماء تحته.
هذا التغيير هو دقيق جداً،
ولهذا السبب، عندما تنظر لاشخاص آخرون،
عندما تنظر للشخص الذي يجلس أمامك،
انت لا ترى جلدهم او وجههم يغيّر لونه،
عندما نرى هذا الفيديو لـ ستيف هنا، يبدو لنا كأنه صورة ساكنة،
ولكن عندما نرى هذا الفيديو من خلال مجهرنا الجديد المميز،
فجأة نرى صورة مختلفة تماماً.
ما نراه هنا هو تغييرات صغيرة في لون جلد ستيف،
مضخمة مئة مرة حتى تصبح مرئية
نستطيع حقاً ان نرى نبض انساني.
نستطيع ان نرى بأي سرعة ينبض قلب ستيف،
و لكننا نستطيع ايضا ان نرى الطريقة التي يتدفق فيها الدم الى وجهه.
و نستطيع فعل هذا ليس فقط من أجل أن نجعل النبض مرئياً
و لكن ايضاً من اجل استعادة معدل ضربات قلبنا،
و قياس معدل ضربات قلبنا.
و نستطيع فعل هذا بالكاميرات العادية دون لمس المرضى.
اذاً هنا ترون النبض و معدل ضربات القلب الذي استخرجناه من طفل حديث الولادة
من فيديو صورناه عن طريق كاميرا DSLR عادية.
و معدل ضربات القلب الذي حصلنا عليه
يماثل في دقته معدل ضربات القلب الذي يأخذه جهاز الرصد في المستشفى.
و لا يجب حتى ان يكون هذا الفيديو قد تم تصويره عن طريقنا.
نستطيع فعل هذا ايضاً مع فيديوهات أخرى.
لذا أخت مقطع صغير من فيلم "باتمان يبدأ" هنا
فقط لأعرض نبض كريستيان بيل.
(ضحك)
انتم تعلمون، هذا محتمل أنه يضع مساحيق تجميل،
الاضاءة هنا تشكل تحدياً قليلا
بالرغم من هذا، فقط من خلال هذا الفيديو استطعنا ان نستخلص نبضه
و عرضه بشكل جيد.
اذا كيف نستطيع فعل كل هذا؟
نحن نقوم بشكل اساسي بتحليل التغييرات في الضوء و المسجلة
في كل بكسل من الفيديو و طوال الوقت،
و من ثم نفعّل كل تلك التغييرات.
نحن نجعلهم أكبر حتى نستطيع رؤيتهم.
الجزء الصعب هو أن تلك الاشارات،
كل تلك التغييرات التي نحصل عليها، هي دقيقة بشدة،
لذا علينا ان نكون حذرين عندما نحاول فصلها
عن الضجة التي تتواجد دائما في الفيديوهات.
لذا نستخدم بعض التقنيات الذكية لمعالجة الصور
لكي نحصل على قياسات صحيحة للألوان في كل بكسل من الفيديو.
و بعد هذا الطريقة التي يتغير بها اللون عبر الوقت،
و من ثم نقوم بتضخيم تلك التغييرات.
نجعلهم كبر حتى نخلق تلك لأنماط من الفيديوهات الغنية، او الفيديوهات المضخمة،
و التي ترينا حقاً تلك التغييرات.
و لكن على ما يبدو نستطيع فعل هذا ليس فقط لعرض التغييرات الصغيرة في اللون،
و لكن ايضاً للحركات الصغيرة،
و هذا لأن الضوء المسجل في أجهزة تصويرنا
سوف يتغير ليس فقط ان تغير لون الاشياء المتغيرة،
و لكن ايضاً اذا تحركت الاشياء.
هذه ابنتي عندما كانت تبلغ من العمر شهرين.
انه فيديو سجلته منذ ثلاث سنوات مضت.
و كأهل جدد، نحن جميعاً نريد أن نتأكد من أن أطفالنا أصحاء.
انهم يتنفسون، انهم احياء، بالطبع.
لذا انا ايضا املك واحدا من اجهزة مراقبة الاطفال تلك
حتى استطيع ان ارى طفلتي بينما تكون نائمة.
و هذا هو تماما ما ستراه مع اجهزة مراقبة الاطفال العادية.
تستطيع ان ترى الطفل نائماً.
و لكن لا يوجد الكثير من المعلومات هناك.
لا يوجد الكثير مما نستطيع رؤيته.
ألن يكون من الافضل والأغنى بالمعلومات و الاكثر نفعاً
لو بدلا عن ذلك استطعنا رؤية المشهد هكذا.
هنا أخذت الحركات و ضخمتها ثلاثين مرة،
و حينها استطعت الرؤية بوضوح ان ابنتي
كانت بالفعل حيّة و تتنفس.
(ضحك)
هذه مقارنة بينهما جنبا الى جنب.
لذا مجدداً، في الفيديو المصدر، الفيديو الاصلي،
لا يوجد الكثير مما نستطيع رؤيته،
و لكن لحظة تضخيم الحركات، التنفس يصبح اكثر فأكثر ملحوظاً.
و اتضح، أنه يوجد الكثير من الظواهر
التي نستطيع استخلاصها و تضخيمها عن طريق مجاهرنا الحركية الجديدة.
نستطيع ان نرى كيف تنبض شرايننا و اوردتنا في أجسادنا.
نستطيع ان نلاحظ ان عيوننا تتحرك بشكل دائم
في هذه الحركة المتهادية.
و هذه حقيقي عيني انا،
و مجدداً هذا الفيديو تم اخذه مباشرة بعد ولادة ابنتي،
لذا تستطيعون رؤية انني لم اكن نائما بشكل جيد. (ضحك)
حتى عندما يكون الشخص ساكناً
يكون هناك الكثير من المعلومات التي يمكن لنا استخراجها
عن أنماط تنفسهم، و بعض تعابيرهم الوجهية الصغيرة.
ربما يمكن لنا ان نستخدم هذه الحركات
لتقول لنا شيئا ما عن افكارنا و عواطفنا.
و تستطيع ايضا تضخيم بعض الحركات الآلية الصغيرة،
مثل الاهتزازات في المحركات،
التي تساعد المهندسين على كشف و تشخيص المشاكل الآلية،
او رؤية كيف تميل المباني و الهياكل بفعل الريح و ردود فعلها تجاه قوى الطبيعة.
هذه كلها اشياء يستطيع مجتمعنا ان يقيسها بطرق مختلفة،
و لكن قياس تلك الحركات هو شيء،
و رؤية هذه الحركات حقاً و هي تحدث
هو شيء مختلف تماما
و منذ ان اكتشفنا هذه التكنولوجيا الحديثة،
جعلنا الكود متوفر على الانترنت
حتى يستطيع الاخرون استخدامها وتجربتها.
انها بسيطة جدا للاستخدام.
انها تعمل على فيديوهاتنا.
المتعاونين معنا في الابحاث الكمية قاموا بإنشاء هذا الموقع الالكتروني
حيث تستطيع رفع فيديوهاتك و تطبيق هذه التقنية عليهم على الشبكة،
اذاً حتى و اذا كنت لا تملك اي خبرة في علم الحاسوب او البرمجة،
تستطيع بكل سهولة تجربة هذا المجهر الجديد.
و اود ان اعرض عليكم بعض الامثلة
عما استطاع الاخرون فعله بكل هذا.
هذا الفيديو تم صنعه من قبل مستخدم يوتيوب يدعى تامز85.
لا أعلم من هو هذا المستخدم
و لكن هو، او هي، استخدموا القاعدة
لتكبير حركات بطن صغيرة خلال فترة حمل.
انه مريب بعض الشيء.
(ضحك)
استخدمها الناس ليضخموا الاوردة النابضة في ايديهم.
و تعلمون لاعلم حقيقي قبل تجربوه على خنازير غينيا
و على ما يبدو ان هذا الخنزير الغيني يدعى تيفاني.
و مستخدم اليوتيوب هذا يزعم انه القارض الأول على الأرض
الذي تم تضخيمه حركياً.
تستطيع ايضا ان تصنع بعض الفن معه.
هذا الفيديو ارسل الي من قبل طالبة تصميم من جامعة ييل.
ارادت ان ترى ان كان هناك اي اختلاف
في طريقة حركة زملائها.
جعلتهم كلهم ساكنين في مكانهم ثم ضخمت حركاتهم.
يبدوا هذا كبث الروح في الصور الساكنة
و الشيء الجميل في جميع هذه الامثلة
هو انه لم يكن لنا اي يد بهم.
نحن فقط وفرنا هذه الوسيلة الجديدة، طريقة جديدة للنظر الى الحياة،
و من ثم الناس أوجدت طرق جديدة مثيرة ومبدعة في استخدامها.
ولكننا لم نتوقف هناك.
هذه الوسيلة لا تسمح لنا فقط بالنظر الى العالم بطريقة جديدة،
ولكنها تعيد تعريف ما يمكننا فعله
وتتعدى حدود ما يمكننا فعله عن طريق آلات تصويرنا.
لذا كعلماء، بدأنا بالتساؤل،
أي أنماط أخرى من الظواهر الفيزيائية تنتج حركات صغيرة
يمكن لنا ان نستخدم الآن آلات تصوير لقياسها؟
إحدى الظواهر التى ركزنا عليها مؤخرا هي الصوت.
الصوت، كما نعلم جميعا، هو أساسا تغيرات
في ضغط الهواء تسافر عبر الهواء.
موجات الضغط هذه تضرب الاشياء وتخلق اهتزازات صغيرة من حولهم،
وبهذه الطريقة نسمع ونسجل الصوت.
ولكن تبين ان الصوت ينتج ايضاً تحركات بصرية
انها تحركات غير مرئية بالنسبة لنا
ولكنها مرئية لآلة تصوير مع المعالجة المناسبة.
لذا ها هما مثالان.
هذا انا اعرض مواهبي الرائعة في الغناء.
( يغني )
(ضحك)
ثم اخذت فيديو عالي السرعة لحنجرتي وانا اصدر هذا الازيز.
مرة أخرى، اذا حدقت في هذا الفيديو،
لا شيء كثير تستطيع رؤيته،
ولكن عندما نضخم هذه الحركات مئة مرة نستطيع رؤية كل الحركات و التموجات
في الرقبة التي هي مشتركة في اصدار الصوت;
هذه الاشارة هي هناك في هذا الفيديو.
نعلم ايضاً ان المغنين يستطيعون كسر كاس نبيذ
اذا اصابوا النوطة الصحيحة.
لذا، سنقوم بتشغيل نوطة
التي هي في ترددات صدى تلك الكأس
من خلال مكبر صوت يقع جانبها.
عندا نشغل تلك النوطة ونضخم الحركات 250 مرة،
نستطيع بكل وضوح رؤية الكأس يهتز
ويصدر صدى متجاوبا مع الصوت.
انه ليس شيئا انت معتاد على رؤيته كل يوم.
بالحقيقة، لدينا النسخة التجريبية موجودة في الخارج،
لذا اشجعكم ان تمروا عليها،
و تجربونها بأنفسكم، تستطيعون حقا رؤيتها مباشرة.
لكن هذا جعلنا نفكر، منحنا هذه الفكرة المجنونة.
هل يمكننا حقا قلب هذه العملية والحصول على الصوت من خلال فيديو
من خلال تحليل الاهتزازات الصغيرة التي تخلقها موجات الاصوات في الاشياء،
وتحويل هذه الموجات الى الاصوات التي انتجتهم.
بهذه الطريقة، نستطيع تحويل الأشياء اليومية الى مكبرات صوت.
لذا هذا هو تماماً ما فعلناه.
لذا هذا كيس فارغ من رقائق البطاطا كان ملقى على الطاولة،
وسوف نقوم بتحويل هذا الكيس الى مكبر صوت
عن طريق تصويره بآلة تصوير فيديو
وتحليل التحركات الصغيرة التي تشكلها تموجات الصوت فيه.
لذا ها هو الصوت الذي شغلناه في تلك الغرفة.
( موسيقا: "كان لدى ماري حمل" )
وهذا فيديو عالي السرعة سجلناه عن كيس البطاطا.
مرة أخرى نشغله.
لا يوجد اي احتمال ان تستطيع رؤية اي مما يحدث في هذا الفيديو
فقط عن طريق مشاهدته.
ولكن هذا هو الصوت الذي استطعنا استرداده فقط بتحليل
الحركات الصغيرة في ذلك الفيديو.
(موسيقا:"كان لدى ماري حمل")
انا ادعوها -- شكراً لكم.
(تصفيق)
ادعوها مكبر الصوت البصري.
لقد استخلصنا اشارات صوتية من اشارات فيديو.
وفقط كي اعطيكم لمحة عن حجم الحركات هنا،
صوت عال جدا سوف يجعل كيس البطاطا
يتحرك اقل من ميكرومتر.
وهذا واحد من الف من اصل مليمتر واحد.
هذا هو مقدار صغر الحركات التي اصبحنا اليوم قادرين على سحبها
فقط بمراقبة انعكاس الضوء على الاشياء
ويتم تسجيله عن طريق كاميراتنا.
نستطيع استعادة الاصوات عن طريق اشياء اخرى، كالنباتات.
(موسيقى : "كان لدى ماري حمل")
ونستطيع استعادة الاحاديث ايضا.
هذا شخص يتحدث في غرفة.
صوت: كان لدى ماري حمل وكان صوفه ابيض كالثلج،
واينما ذهبت ماري، كان ذلك الحمل يذهب ايضاً.
مايكل روبنستين: وهاهو الحديث استطعنا استخلاصه مرة أخرى
فقط من خلال هذا الفيديو عن كيس البطاطا نفسه.
صوت: كان لدى ماري حمل وكان صوفه ابيض كالثلج،
واينما ذهبت ماري، كان ذلك الحمل يذهب ايضاً.
مايكل روبنستين: استخدمنا "كان لدى ماري حمل"
لأنه يقال ان هذه كانت الكلمات الاولى
التي نطق بها توماس اديسون في جهاز الفونوغراف عام 1877.
وهو واحد من اوائل اجهزة تسجيل الصوت في التاريخ.
يقوم بشكل اساسي باعادة توجيه الصوت الى غشاء
يقوم بهز ابرة تقوم بنقش الصوت على ورق المونيوم
يكون ملفوف حول الاسطوانة.
وهذه تجربة لتسجيل
واعادة تشغيل الصوت مع فونوغراف اديسون.
(فيديو) صوت: تجربة، تجربة، واحد اثنان ثلاثة.
كان لدى ماري حمل وكان صوفه ابيض كالثلج،
واينما ذهبت ماري، كان ذلك الحمل يذهب ايضاً.
تجربة، تجربة، واحد اثنان ثلاثة.
كان لدى ماري حمل وكان صوفه ابيض كالثلج،
واينما ذهبت ماري، كان ذلك الحمل يذهب ايضاً.
مايكل روبنستين: والآن، بعد 137 سنة،
نحن قادرون على استخلاص الصوت بجودة مماثلة تقريبا
ولكن فقط من خلال مشاهدة الاشياء تهتز للاصوات مع الكاميرات،
ونستطيع فعل هذا حتى لو كانت الكاميرا
على بعد 15 قدم من الشيء، وخلف زجاج عازل للصوت.
ها هو الصوت الذي استطعنا استرداده في تلك الحالة.
صوت: كان لدى ماري حمل وكان صوفه ابيض كالثلج،
واينما ذهبت ماري، كان ذلك الحمل يذهب ايضاً.
مايكل روبنستين: وبالطبع، المراقبة هي اول تطبيق يفكر فيه العقل.
(ضحك)
ولكن هذا قد يكون مفيدا لأشياء أخرى ايضاً.
ربما في المستقبل، سوف نكون قادرين على استخدامها، مثلا،
لاستعادة الصوت عبر الفضاء.
لأن الصوت لا يستطيع السفر في الفضاء، لكن الضوء يستطيع ذلك.
لقد بدأنا تواً فقط إكتشاف
استخدامات اخرى ممكنة لهذه التكنولوجيا الجديدة.
انها تمكننا ان نرى عمليات فيزيائية نعلم انها موجودة
ولكن لم نكن قادرين على رؤيتها بأعيننا المجردة حتى الآن.
هذا هو فريقنا.
كل شيء عرضته عليكم اليوم هو نتيجة تعاون
هذه المجموعة الرائعة من الاشخاص الذين ترونهم هنا
وأشجعكم وأرحب بكم لتفقد موقعنا الالكتروني،
جربها بنفسك،
وشاركنا في اكتشاف هذا العالم من الحركات الصغيرة.
شكرا لكم
(تصفيق)