小さな動きの大きな世界 | マイケル・ルービンスタイン | TEDxYouth@BeaconStreet
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0:15 - 0:21過去数世紀に渡って
顕微鏡は世界を変えてきました -
0:23 - 0:28小さすぎて肉眼では見えない
物や生物や構造の世界を -
0:28 - 0:31顕微鏡が明らかにし
-
0:31 - 0:34科学や技術に対して
大いなる貢献をしました -
0:34 - 0:38今日ご紹介したいのは
新しいタイプの顕微鏡 -
0:38 - 0:40「変化を見る顕微鏡」です
-
0:40 - 0:43普通の顕微鏡のように
光学的に小さなものを大きく -
0:43 - 0:45見せるのではなく
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0:45 - 0:50ビデオと画像処理を使って
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0:50 - 0:54肉眼では見えないような
人や物の微細な動きや -
0:55 - 0:58色の変化を
見えるようにします -
0:59 - 1:03これは世界に対する
まったく別の見方を与えてくれます -
1:03 - 1:06色の変化とは
どんなものかですが -
1:07 - 1:10例えば人の肌というのは
血の流れに応じて -
1:10 - 1:12色がかすかに変化します
-
1:12 - 1:14これはとても
微妙な変化であるため -
1:14 - 1:17隣に座っている人を
見たところで -
1:17 - 1:19肌や顔の色が
-
1:19 - 1:22変わっているようには
見えません -
1:22 - 1:27このスティーブの映像を見ても
静止画のように見えます -
1:28 - 1:31しかし私達の新しい顕微鏡を
通して見ると -
1:31 - 1:35まったく異なる
イメージが現れます -
1:35 - 1:39肌の色の小さな変化を
100倍増幅することで -
1:39 - 1:43目で見て分かる
ようにしています -
1:44 - 1:46脈拍を見て取る
こともできます -
1:47 - 1:50心拍の早さだけでなく
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1:50 - 1:54顔を血がどう流れているかも
分かります -
1:55 - 1:58脈拍を可視化
できるだけでなく -
1:58 - 2:01心拍数を正確に
-
2:01 - 2:04計測することもできます
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2:04 - 2:08普通のカメラでできて
患者に触れる必要もありません -
2:08 - 2:13ここでは普通のDSLRカメラで撮った
新生児の映像から -
2:13 - 2:16脈拍と心拍数を
取り出しています -
2:16 - 2:18これで計測した心拍数は
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2:18 - 2:23病院にある通常の計器によるのと
同様の正確さがあります -
2:23 - 2:26映像も自分で撮ったもの
である必要はなく -
2:26 - 2:29既存のビデオを使うこともできます
-
2:29 - 2:33これは『バットマン ビギンズ』の一場面から
-
2:33 - 2:35クリスチャン・ベールの心拍が
見えるようにしたものです(笑) -
2:35 - 2:37クリスチャン・ベールの心拍が
見えるようにしたものです(笑) -
2:37 - 2:39映画なのでメークも
しているだろうし -
2:39 - 2:41光の条件にも
難しい面がありますが -
2:41 - 2:44それでも映像から
彼の心拍を -
2:44 - 2:46非常にうまく
取り出せています -
2:46 - 2:48どうやっているのかですが
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2:48 - 2:52ビデオのそれぞれの
ピクセルに記録された -
2:52 - 2:55光の時間的変化を分析し
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2:55 - 2:57その変化を拡大しています
-
2:57 - 2:59変化が見て分かるくらいに
大きくするわけです -
2:59 - 3:02難しいのは
捉えたい変化が -
3:02 - 3:04非常に小さなものだ
ということで -
3:04 - 3:07その変化を
録画につきもののノイズから -
3:07 - 3:10注意深く分離する
必要があります -
3:10 - 3:14それぞれのピクセルの
ごく正確な色を得るために -
3:14 - 3:18巧妙な画像処理を
行っています -
3:18 - 3:21それから色の
時間変化の仕方を捉え -
3:21 - 3:23それを拡大して
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3:23 - 3:27変化が目で見て分かるよう
変化の強調された -
3:27 - 3:30映像を作ります
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3:32 - 3:36このようにして見えるようにできるものには
微細な色の変化だけでなく -
3:36 - 3:38微細な動きもあります
-
3:38 - 3:42カメラに記録される光は
色の変化によってだけでなく -
3:42 - 3:45物の動きによっても
-
3:45 - 3:47変化するからです
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3:48 - 3:53これは生後2ヶ月の頃の
私の娘です -
3:56 - 3:593年ほど前に
録画したものです -
3:59 - 4:03親になったばかりの人は
赤ちゃんが健康か 息をしているか -
4:03 - 4:05生きているか
いつも気にかけています -
4:05 - 4:07私も娘の眠っている姿を
見られるよう -
4:07 - 4:10ベビーモニターを
買いました -
4:10 - 4:14普通のベビーモニターで見られるのは
このような映像です -
4:14 - 4:16眠っている様子は分かりますが
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4:16 - 4:18情報は大して得られません
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4:18 - 4:20見て分かる事は
殆どありません -
4:20 - 4:22もしこんな風に
見えたとしたら -
4:22 - 4:25もっと情報が得られて
有用ではないでしょうか? -
4:25 - 4:30動きを30倍拡大することで
娘の動きがはっきり見て取れるようになりました -
4:31 - 4:34これで娘が確かに生きて
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4:34 - 4:35呼吸しているのが分かります
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4:35 - 4:38(笑)
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4:38 - 4:40並べて比較したところですが
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4:40 - 4:42元々のビデオでは
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4:42 - 4:44動きが分かりません
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4:44 - 4:48しかし動きを拡大した映像では
呼吸の様子がよく分かります -
4:48 - 4:51この「変化を見る顕微鏡」によって
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4:51 - 4:54明らかにできる身の回りの現象は
たくさんあります -
4:54 - 4:59体の中で静脈や動脈が
どう脈打っているか分かります -
5:00 - 5:03目が絶えずユラユラ
動いていることも -
5:03 - 5:05よく分かります
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5:05 - 5:06これは私の目で
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5:06 - 5:09娘が生まれた頃に
撮ったので -
5:09 - 5:13あまり寝ていないのが
分かるかと思います(笑) -
5:14 - 5:16じっと座っている人からでさえ
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5:16 - 5:19多くの情報が得られます
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5:19 - 5:22呼吸のパターンとか
小さな顔の表情とか -
5:23 - 5:25このような動きから
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5:25 - 5:27その人の思っていることや
感情も分かるかもしれません -
5:29 - 5:32エンジンの振動のような
小さな機械の動きも -
5:32 - 5:34拡大して見えるようにできます
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5:34 - 5:38機械の問題の検出や診断を技術者がするのに
役立つかもしれません -
5:40 - 5:46建物や構造物が風に揺れたり
反発したりする様子も見て取れます -
5:46 - 5:50こういった動きを計測する方法なら
以前からありましたが -
5:50 - 5:53その動いている様子を
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5:53 - 5:55実際に目で見えるようにする
というのは -
5:55 - 5:58また別の話になります
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5:58 - 6:02私達はこの技術を開発して以来
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6:02 - 6:04ネット上でプログラムを公開して
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6:04 - 6:06誰でも実験できるようにしています
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6:08 - 6:10とても簡単に使え
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6:10 - 6:12自分のビデオで
試すことができます -
6:12 - 6:15私達の協力者のQuanta Researchは
ご覧のようなサイトも用意していて -
6:15 - 6:18ビデオをアップするだけで
結果を見られます -
6:18 - 6:22だからコンピュータサイエンスや
プログラミングの知識がまったくなくても -
6:22 - 6:25簡単にこの顕微鏡で
実験ができます -
6:25 - 6:27これを使ってみんなが
どんなことをしているのか -
6:27 - 6:29いくつかご覧に入れましょう
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6:32 - 6:37このビデオはTomez85という
YouTubeユーザーが作ったもので -
6:37 - 6:39どういう人なのか知りませんが
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6:39 - 6:41私達のプログラムを使って
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6:41 - 6:44妊婦のお腹の動きを
拡大しています -
6:45 - 6:46ちょっと不気味ですね
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6:46 - 6:49(笑)
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6:49 - 6:53ここでは手の静脈の拍動を
拡大しています -
6:54 - 6:57しかしモルモットを使わなくちゃ
科学っぽくなりませんよね -
6:58 - 7:01このモルモットは
ティファニーという名前で -
7:01 - 7:04作者はこれが
微細な動きを拡大された -
7:04 - 7:06最初の齧歯類だと
主張しています -
7:07 - 7:09美術作品を作ることもできます
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7:09 - 7:12イェール大のデザイン科の学生が
送ってきたもので -
7:12 - 7:15友人の身動きの仕方に
違いがあるか -
7:15 - 7:16知りたかったのだそうです
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7:16 - 7:20じっとしているように頼んで
それから動きを拡大したものです -
7:20 - 7:23写真が動き始めたみたいな
感じがします -
7:24 - 7:26これらの例の良いところは
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7:26 - 7:28我々自身何もする必要が
なかったことです -
7:28 - 7:32ただ新しい道具と
世界を見る新しい方法を提供するだけで -
7:32 - 7:37いろんな人が新しくて面白い
創造的な使い方を見つけてくれます -
7:38 - 7:40しかしそれで終わりではありません
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7:41 - 7:45このツールは世界に対し
新しい見方ができるようにするだけでなく -
7:45 - 7:47カメラで出来ることを再定義し
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7:47 - 7:50可能性の限界を
押し広げもします -
7:50 - 7:53科学者として
私達は考え始めました -
7:53 - 7:56カメラで計測できる
微細な動きを生み出す物理現象として -
7:56 - 7:59他にどんなものがあるだろう?
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7:59 - 8:03そのような現象の1つとして
我々が最近取り組んでいるのが「音」です -
8:04 - 8:06音というのは基本的に
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8:06 - 8:08空気中を伝わる空気圧の変化です
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8:08 - 8:12圧力の波が物にぶつかる時
小さな振動を生じ -
8:12 - 8:15それを使って私達は音を聞いたり
録音したりしています -
8:15 - 8:18しかし音は視覚的な
動きも作り出します -
8:19 - 8:21肉眼では見えなくとも
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8:21 - 8:24カメラを使って適切に処理すれば
見えるようになります -
8:24 - 8:26例を2つお見せします
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8:26 - 8:29これは私が素晴らしい歌唱力を
披露しているところです -
8:31 - 8:34アー
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8:34 - 8:35(笑)
-
8:35 - 8:38声を出している時の喉を
高速度カメラで撮影しました -
8:38 - 8:39元の映像を見ても
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8:39 - 8:41ほとんど動きは見られませんが
-
8:41 - 8:46動きを100倍拡大してやると
発声に関わる首の部分に -
8:46 - 8:49波のような動きが広がっているのが
分かります -
8:49 - 8:52音の痕跡が映像に
残されているわけです -
8:52 - 8:54歌手は特定の音程の声を出して
グラスを割れる -
8:54 - 8:56という話は
良く知られています -
8:56 - 8:58ここではグラスの
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8:58 - 9:01共鳴周波数の音を
-
9:01 - 9:03横のスピーカーから
出しています -
9:03 - 9:08その時の動きを
250倍拡大すると -
9:08 - 9:11グラスが音に共鳴して
振動しているのが -
9:11 - 9:14はっきり分かります
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9:14 - 9:17あまり日常で目にする光景では
ありませんね -
9:17 - 9:19外にデモを用意してあるので
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9:19 - 9:21後でぜひ覗いて
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9:21 - 9:24いじってみてください
実際に体験できます -
9:25 - 9:28しかしここから
突飛なアイデアを思いつきました -
9:28 - 9:33この過程を逆にして 映像から音を
復元できないでしょうか? -
9:33 - 9:38音波が物の表面に作り出す
微細な振動を解析して -
9:38 - 9:42元になった音を
生成するのです -
9:43 - 9:46そのようにすれば 身の回りにある物を
マイクに変えることができます -
9:48 - 9:50私達はまさにそれを
やってみました -
9:50 - 9:52テーブルの上にポテトチップの
空き袋があります -
9:52 - 9:55これをビデオ撮影して
音により生じた — -
9:55 - 9:57微細な動きを
解析することで -
9:57 - 10:01ポテトチップの袋をマイクロフォンに
変えようというわけです -
10:01 - 10:04この部屋では
こんな音楽を流しています -
10:04 - 10:08(曲『メリーさんのひつじ』)
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10:12 - 10:15そしてポテトチップの袋を
高速度カメラで撮影しました -
10:15 - 10:17これを見ても
-
10:17 - 10:20何かが起きているようには
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10:20 - 10:21見えませんが
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10:21 - 10:24映像の中の微細な動きを
解析することで -
10:24 - 10:26このような音を
再現できました -
10:27 - 10:30(曲『メリーさんのひつじ』)
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10:45 - 10:46私はこれを—
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10:46 - 10:49(拍手)
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10:54 - 10:56「ビジュアル・マイクロフォン」
と呼んでいます -
10:56 - 10:59ビデオ信号からオーディオ信号を
取り出しているのです -
10:59 - 11:02動きの大きさが
どれくらいかというと -
11:02 - 11:07かなり大きな音でも
ポテトチップの袋の動きは -
11:07 - 11:091ミクロン未満です
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11:10 - 11:121ミリの千分の1です
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11:12 - 11:16そのような小さな動きでも
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11:16 - 11:19映像の中で物に反射する光を
観察することによって -
11:19 - 11:22検出できるのです
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11:22 - 11:25他の物を使うこともできます
たとえば植物とか -
11:26 - 11:29(曲『メリーさんのひつじ』)
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11:34 - 11:36声を復元することもできます
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11:36 - 11:39こちらでは部屋の中で
人が話しています -
11:39 - 11:44Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,
(メリーさんは小さな羊を飼っていた 雪のように白い毛をして) -
11:44 - 11:48and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go.
(メリーさんの行くところは どこにでも付いてきた) -
11:49 - 11:51前と同じ
ポテトチップの袋の映像から -
11:51 - 11:54復元した声です
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11:54 - 11:59Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow, -
11:59 - 12:04and everywhere that Mary went,
that lamb was sure to go. -
12:04 - 12:07『メリーさんのひつじ』を使ったのは
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12:07 - 12:09エジソンが1877年に
蓄音機で -
12:09 - 12:13最初に録音したのが
この歌だったからです -
12:13 - 12:17それは音を記録する
最初の装置の1つでした -
12:17 - 12:20音を振動板で受け
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12:20 - 12:24その振動を針に伝え
それが筒に巻いたアルミ箔に -
12:24 - 12:27記録される仕掛けでした
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12:27 - 12:30これはエジソンの蓄音機で
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12:30 - 12:32録音し再生するデモです
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12:34 - 12:36(録音)Testing, testing, one two three.
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12:36 - 12:40Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow, -
12:40 - 12:43and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go. -
12:43 - 12:46(再生)Testing, testing, one two three.
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12:46 - 12:50Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow, -
12:50 - 12:54and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go. -
12:56 - 12:59137年後の今日
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13:00 - 13:03音に振動する物の映像だけから
同程度のクオリティの音を -
13:03 - 13:08再現できるようになりました
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13:08 - 13:10しかも防音ガラスの
向こう側にある -
13:10 - 13:145メートル離れた物を使って
それができるのです -
13:14 - 13:17そうやって復元した音がこれです
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13:17 - 13:22Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow, -
13:22 - 13:27and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go. -
13:28 - 13:32すぐ思いつく応用は
スパイ活動でしょう -
13:32 - 13:34(笑)
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13:34 - 13:38しかし他のことにも使えます
-
13:38 - 13:41もしかしたら
将来宇宙の向こうの音を -
13:41 - 13:44再現できるように
なるかもしれません -
13:44 - 13:47音は宇宙を伝わりませんが
光なら伝わるからです -
13:47 - 13:50私達は
この新しい技術の可能性を -
13:50 - 13:53探り始めたばかりです
-
13:53 - 13:55これまで存在するのは
知っていたけれど -
13:55 - 14:00自分の目で見られなかった物理現象を
見えるようにしてくれるのです -
14:01 - 14:02これが私の仲間です
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14:02 - 14:05今日お見せしたものは
みんなここに出ている人達の -
14:05 - 14:07協力の結果
得られたものです -
14:07 - 14:10みなさんにもぜひ
私達のウェブサイトを訪れ -
14:10 - 14:12自分で試してみて
-
14:12 - 14:15一緒に微細な動きの世界を
探索していただきたいと思います -
14:15 - 14:17ありがとうございました
-
14:17 - 14:19(拍手)
- Title:
- 小さな動きの大きな世界 | マイケル・ルービンスタイン | TEDxYouth@BeaconStreet
- Description:
-
肉眼では見られない微細な動きや色の変化を拡大する「顕微鏡」をご紹介します。画像解析の研究者マイケル・ルービンスタインは驚くばかりの映像を次から次へと見せ、この技術によって普通の映像から人の心拍を読み取ったり、音波により生じるポテトチップ袋の振動を拡大して会話を再現できることを示します。恐ろしい応用の可能性をも秘めたこの驚きの技術は、実際に目にするまで信じられないかもしれません。
※このビデオはTEDカンファレンスとは独立して運営されるTEDxイベントにおいて収録されたものです。 - Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDxTalks
- Duration:
- 14:24
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Yasushi Aoki approved Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Eriko Tsukamoto accepted Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet | ||
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for A big world of small motions | Michael Rubinstein | TEDxYouth@BeaconStreet |