De modo geral, se você deseja capturar imagens nítidas de movimentos extremamente rápidos, como interações moleculares ou gotículas de água, você precisa de um equipamento super caro. Os pesquisadores desenvolveram um sistema construído com tecnologia de projetor que pode reduzir significativamente os custos.

Uma equipe de pesquisa composta por membros do Instituto Nacional de Pesquisa Científica (INRS) do Canadá, da Concordia University e da MetaPlatforms desenvolveu uma nova câmera capaz de capturar eventos em uma única exposição a 4,8 milhões de quadros por segundo, com resolução temporal de 0,37 microssegundos e profundidade de sequência de 7 quadros.

Em termos de desempenho, isso não está de acordo com o que a Caltech realizou há alguns anos, mas a tecnologia DRUM é construída usando componentes prontos para uso e custa uma fração dos sistemas comerciais.

“Nossa câmera adota uma abordagem completamente nova para imagens de alta velocidade”, disse Jinyang Liang do INRS. “Sua velocidade de imagem e resolução espacial são semelhantes às câmeras comerciais de alta velocidade, mas usando componentes disponíveis no mercado, pode custar menos de um décimo das câmeras de ultra-alta velocidade atuais, que custam quase US$ 100.000.”

O desenvolvimento está centrado em um novo método de controle de tempo chamado difração óptica variável no tempo. Em uma câmera normal, uma porta em formato de obturador controla a quantidade de luz que atinge o sensor. O controle de tempo envolve abrir e fechar rapidamente uma porta várias vezes para capturar um breve vídeo de alta velocidade.

A equipe propôs um método para controle temporal usando difração de luz, que envolve “alterar rapidamente o ângulo de inclinação das facetas periódicas na rede de difração” para produzir múltiplas cópias da luz recebida movendo-se em diferentes direções. Isso bloqueia efetivamente os quadros em diferentes pontos no tempo para produzir filmes com lapso de tempo muito curtos e ultrarrápidos.

"Felizmente, este tipo de porta de difração de varredura pode ser realizado de uma forma não convencional, usando dispositivos de microespelhos digitais (DMDs), um elemento óptico comum encontrado em projetores", disse Liang. "O DMD é produzido em massa e não requer nenhum movimento mecânico para produzir as portas derivadas, tornando o sistema econômico e estável."

A câmera Derivative Real-time Ultra-High Speed ​​​​Mapping (DRUM) é capaz de capturar sete quadros por filme. A equipe multidisciplinar do projeto testou o aparelho registrando a interação do laser com água destilada, “mostrando a evolução dos canais de plasma e o desenvolvimento de bolhas em resposta ao laser pulsado”.

A câmera DRUM também capturou a dinâmica das bolhas de bebidas carbonatadas e a interação entre amostras de células de cebola e pulsos de laser ultracurtos. O trabalho está em andamento para refinar ainda mais a tecnologia, mas os pesquisadores veem aplicações potenciais em biomedicina e sistemas lidar de transporte autônomo.

Um artigo sobre o projeto foi publicado na revista Optica.