Un equipo que incluye investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Tokio ha capturado con éxito un video de moléculas individuales en movimiento a 1,600 cuadros por segundo. Esto es 100 veces más rápido que los experimentos anteriores de esta naturaleza. Lo lograron combinando un poderosomicroscopio electrónico con una cámara altamente sensible y procesamiento de imágenes avanzado. Este método podría ayudar en muchas áreas de la investigación a nanoescala.
Cuando se trata de película y video, el número de imágenes capturadas o mostradas cada segundo se conoce como fotogramas por segundo o fps. Si el video se captura a fps altos pero se muestra a fps más bajos, el efecto es una desaceleración suave demovimiento que le permite percibir detalles que de otro modo serían inaccesibles. Como referencia, las películas que se muestran en los cines generalmente se han exhibido a 24 fotogramas por segundo durante más de 100 años. En la última década más o menos, microscopios y cámaras especiales han permitido a los investigadores capturar imágenes atómicas.escala eventos a aproximadamente 16 fps. Pero una nueva técnica ha aumentado esto a la asombrosa cifra de 1.600 fps.
"Anteriormente, capturamos con éxito eventos a escala atómica en tiempo real", dijo el profesor del proyecto Eiichi Nakamura. "Nuestro microscopio electrónico de transmisión TEM ofrece una resolución espacial increíble, pero para ver bien los detalles de eventos físicos y químicos a pequeña escala,también necesita una alta resolución temporal. Es por eso que aplicamos una técnica de captura de imágenes que es mucho más rápida que los experimentos anteriores, para que podamos ralentizar la reproducción de los eventos y verlos de una manera completamente nueva ".
Nakamura y su equipo usaron un TEM ya que tiene el poder de resolver objetos de menos de 1 angstrom o una diez billonésima parte de un metro. Conectaron un dispositivo de imágenes llamado cámara de detección directa de electrones DED. Esta cámara es altamente sensibley es capaz de velocidades de cuadro altas. Sin embargo, incluso con este potente microscopio y cámara sensible, hay un enorme obstáculo que superar para obtener imágenes utilizables: ruido.
"Para capturar fps altos, necesita un sensor de imágenes con alta sensibilidad, y una mayor sensibilidad trae consigo un alto grado de ruido visual. Este es un hecho inevitable de la ingeniería electrónica", dijo el profesor asociado del proyecto Koji Harano. "Para compensarpara este ruido y lograr una mayor claridad, utilizamos una técnica de procesamiento de imágenes llamada Desconcentración de variación total de Chambolle. Puede que no se dé cuenta, pero probablemente haya visto este algoritmo en acción, ya que se usa ampliamente para mejorar la calidad de imagen de los videos web ".
Los investigadores probaron su configuración mediante imágenes de nanotubos de carbono vibrantes que albergaban moléculas de fullereno C60 que se asemejan a pelotas de fútbol facetadas hechas de átomos de carbono. La configuración de imágenes captó un comportamiento mecánico nunca antes visto en la nanoescala. Como una piedra en una maraca sacudida,El movimiento oscilante de la molécula C60 se combina con la oscilación del contenedor de nanotubos de carbono. Esto solo es visible a altas velocidades de cuadro.
"Nos sorprendió gratamente que esta eliminación de ruido y el procesamiento de imágenes revelaran el movimiento invisible de las moléculas de fullereno", dijo Harano. "Sin embargo, todavía tenemos un grave problema porque el procesamiento tiene lugar después de capturar el video. Esto significa que lo visualla retroalimentación del experimento bajo el microscopio aún no es en tiempo real, pero con un cómputo de alto rendimiento esto podría ser posible en poco tiempo. Esto podría ser una herramienta muy útil para quienes exploran el mundo microscópico ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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