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Haciendo visible lo invisible: materia, métodos y mentes
Proporcionado por Programa Lemelson-MIT
Inventar el futuro comienza con imaginar lo imposible. La capacidad de conducir a través de la niebla como si fuera un día soleado, o de leer un libro sin abrirlo, puede parecer descabellada. ¿Te imaginas una tecnología que detecte las células tumorales circulantes con un dispositivo parecido a un manguito de presión arterial? Tales innovaciones pueden parecer que se extienden más allá de nuestro actual ámbito de habilidad, pero en mi Grupo de cultura de cámara en el Media Lab del MIT, estos inventos y otros están en marcha.
Las fotos imposibles del mañana no quedarán registradas; serán computados.
Estos avances representan algo más que una ciencia fascinante; podrían tener impactos globales y aplicaciones prácticas significativas en la vida cotidiana. No es descabellado pensar que los dispositivos electrónicos de consumo pronto incorporarán tecnologías que permitan a los usuarios ver a través de la niebla, e incluso de las paredes, así como en las esquinas. Además, estas innovaciones mejorarán significativamente la tecnología biomédica, las operaciones de búsqueda y rescate y las imágenes en situaciones peligrosas.
Haciendo visible lo invisible
La invención de las imágenes de rayos X nos permitió ver el interior de nuestros cuerpos. La invención de la imagen térmica infrarroja nos permitió representar el calor. Entonces, durante los últimos siglos, el truco clave para hacer visible lo invisible fue grabar con una nueva porción de espectro electromagnético. Pero las fotos imposibles del mañana no serán grabado; ellos serán calculado En consecuencia, ahora necesitamos un codiseño de hardware de imágenes y algoritmos computacionales novedosos.
Por ejemplo, en septiembre de 2015, en la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) Espere, ¿qué? Future Technology Forum, presenté una charla titulada fotografía computacional extrema, que mostró nuestro último trabajo. La femtofotografía, un campo desarrollado por mi grupo de investigación, utiliza una cámara de alta velocidad que nos permite visualizar el mundo a casi un billón de fotogramas por segundo para que podamos crear películas de luz en cámara lenta en vuelo y crear fotos imposibles. con luz dispersa.
Video: Hacer visible lo invisible: materia, métodos, mentes: MIT Media Lab, Camera Culture Group
Normalmente, las cámaras graban lo que está en la línea de visión directa, usando luz directa. Sin embargo, la niebla, los tejidos o los rincones de las habitaciones crean una luz dispersa que oscurece el objeto de interés. La comunidad científica ha estado estudiando la luz dispersa durante décadas, pero mi grupo decidió ir un paso más allá. Una complicación en la investigación de la luz dispersada es que el ruido domina la señal. Pero el de una persona ruido es de otra persona señal . Entonces, la pregunta es: ¿cómo podemos aprovechar la luz dispersa con el fin de obtener más información sobre las escenas que estamos explorando?
Empecemos por ver lo que hay a la vuelta de la esquina. Un pulso de luz láser, que dura menos de una trillonésima de segundo, atraviesa el aire y explota contra una pared, enviando fotones que se dispersan por la habitación. Una pequeña cantidad de estos fotones volverán al punto de partida y serán recogidos por una femtocámara a una velocidad equivalente a aproximadamente medio billón de fotogramas por segundo.
Capturando y analizando la luz dispersada a alta resolución de tiempo, podemos crear una imagen 3D del objeto que está a la vuelta de la esquina y fuera de la vista. Esta idea de imágenes de luz dispersa también es parte del nuevo y ambicioso programa DARPA Revolutionary Enhancement of Visibility by Exploiting Active Light-fields ( REVELAR ), dirigido por Predrag Milojkovic , gerente de programa de la Oficina de Ciencias de la Defensa de DARPA. La luz dispersa puede ayudarnos a pintar una imagen de lo que se encuentra más allá de nuestro alcance de visión. Uso de imágenes fluorescentes de por vida ( FLIM ), como lo demostró el candidato a doctorado del MIT e investigador del Camera Culture Group Guy Satat y otros, también podemos detectar tumores cancerosos ocultos en tejido profundo, eliminando potencialmente la necesidad de radiografías y biopsias. Las imágenes ultrarrápidas pueden medir la disminución de la intensidad o la vida útil de los fluoróforos que etiquetan las células tumorales. Más importante aún, puede distinguir el decaimiento de la vida útil fluorescente del decaimiento inducido por dispersión en el tejido.
Nuestro equipo está explorando formas de utilizar la medición resuelta en el tiempo para obtener imágenes a través de materiales gruesos y altamente dispersos, con miras a aplicaciones importantes en imágenes biomédicas, diagnóstico subdérmico e imágenes dentales.
Estamos mejorando REDX, nuestra plataforma peer-to-peer para jóvenes innovadores. Esperamos que otras entidades también inviertan, haciendo posible que más jóvenes se embarquen en caminos de educación en invención que les permitan comenzar temprano, como lo hice yo a los 10 años.
Si agregamos imágenes de terahercios a la mezcla, podemos comenzar a ver a través de otros materiales, como el papel. Nuestro equipo ha encontrado una manera de usar imágenes de espectroscopia de terahercios de tiempo de vuelo para leer las páginas de un libro sin abrir . La espectroscopia de terahercios en el dominio del tiempo utiliza pulsos de forma muy similar a los radares y los ultrasonidos, lo que nos proporciona información sobre la profundidad y el rango de las páginas al medir el eco de los pulsos de terahercios. Además, la variación de la reflectividad entre el papel en blanco y el papel con tinta nos permite recuperar el contenido de cada página mediante el mapeo de la distribución de pulsos en la superficie reconstruida de la página.
Otro prototipo incorpora tecnología de radiofrecuencia (RF) para revelar formas que existen al otro lado de una pared. Sin embargo, RF rebota en objetos de tamaño humano como si esos objetos estuvieran hechos de espejos. Por lo tanto, no podemos crear formas 3D completas a partir de un solo emisor y receptor. Pero al combinar múltiples frecuencias y emisores de RF, iluminamos la escena detrás de la pared. Observamos la energía de RF reflejada en el dominio del tiempo para calcular formas 3D blobby.
Ayudar a los jóvenes a participar en la invención creativa
Estamos haciendo visible lo invisible en el MIT. Pero también nos apasiona sacar a la luz problemas invisibles y hacer que el talento sea visible en todo el mundo.
Al contemplar el futuro, debemos preguntarnos: ¿Hasta dónde podemos llegar? y cuya imaginación nos llevará allí? Las alegrías y la satisfacción que mis colegas y yo experimentamos al desarrollar inventos y nuevas capacidades como las descritas anteriormente, y los beneficios resultantes que pueden acumular miles de millones de personas necesitadas, pueden ser experimentados por los jóvenes como parte de su vida diaria en cualquier momento. cualquier lugar. Los inventores no necesitan tener una edad determinada o estar afiliados a universidades para crear soluciones tecnológicas que marquen la diferencia. Ahora es el momento de potenciar la invención genuina de igual a igual.
Para contribuir a este futuro preferido, durante los próximos años, invertiré una parte del dinero del Premio Lemelson-MIT para apoyar el desarrollo de los jóvenes inventores. estamos mejorando REX (Repensando la Ejecución del Diseño de Ingeniería), nuestra plataforma peer-to-peer para jóvenes innovadores. Esperamos que otras entidades también inviertan, haciendo posible que más jóvenes se embarquen en caminos de educación en invención que les permitan comenzar temprano, como lo hice yo a los 10 años.
La filosofía de REDX se centra en un modelo spot/probe/crecimiento/lanzamiento. El primer paso es punteo el problema correcto para trabajar junto con expertos y partes interesadas. Este es un proceso de varias etapas que analiza los recursos disponibles y los problemas apremiantes. Las fases posteriores involucran sondeo la solución, creciente adopción y lanzamiento El Prototipo.
La filosofía REDX ha influido en seis centros de innovación conjunta, que incluyen: REDX Bombay , LVP MITRA (Hyderabad, India), hacker (São Paulo, Brasil), Kumbatón REDX y DISQ Center (ambos en Nashik, India), y el Grupo de Interés Especial de Mundos Emergentes en el Media Lab del MIT. Estoy abriendo el libro de jugadas de REDX a todos para que cualquiera pueda postularse para iniciar un laboratorio de coinnovación de REDX o un club. Considero esto un modelo de capital de riesgo invertido para traducir inventos en soluciones con impacto real.
Avance rápido 10 años en el futuro. (Re)imagine un mundo en el que los jóvenes co-inventores de todo el mundo participen activamente en el uso de la colaboración en línea/fuera de línea, datos de investigación, tecnologías innovadoras basadas en ciudadanos y formas de pensar como inventores para abordar desafíos apremiantes y superar soluciones existentes. Este es un futuro en el que grandes mentes se dedican a detectar necesidades, probar soluciones, desarrollar prototipos y desplegarlos a escala, en última instancia, mejorando vidas.
Ramesh Raskar es el ganador de 2016 del Premio Lemelson-MIT de $ 500,000 , que honra a los inventores en la mitad de su carrera dedicados a mejorar el mundo a través de una invención tecnológica sobresaliente. es director de la Cultura de cámara grupo de investigación en el MIT Media Lab y profesor asociado de Medios, Artes y Ciencias en el MIT. A pionero en tecnologías de visión e innovación social, posee más de 75 patentes y ha recibido numerosos premios por su trabajo. Planea utilizar una parte del dinero del Premio Lemelson-MIT para mejorar la REX plataforma peer-to-peer para jóvenes inventores. Raskar recibió una licenciatura en electrónica y telecomunicaciones de la Facultad de Ingeniería del Gobierno de la India y un doctorado en informática de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
