Hace poco más de un año, Lihong Wang de Caltech desarrolló la cámara más rápida del mundo, un dispositivo capaz de tomar 10 billones de fotos por segundo. Era tan rápida que podía capturar a cámara lenta el viaje de la luz, lo que la hacía un instrumento sumamente complejo. Sin embargo, Wang pensó que la rapidez no lo es todo, por lo que ahora el profesor de Ingeniería Médica y Electrónica ha creado un nuevo equipo algo más lento -1 billón de imágenes por segundo- que utiliza una técnica de hace un siglo para tomar imágenes incluso de procesos y objetos imposibles de ver.

El estudio, que aparece en la revista «Science Advances» recoge que la tecnología de cámara, que Wang llama fotografía ultrarrápida comprimida sensible a la fase (pCUP), puede tomar videos no solo de objetos transparentes sino también de cosas más efímeras, como ondas de choque y posiblemente incluso de las señales que viajan a través de las neuronas.

Una técnica centenaria
Wang afirma que su nuevo sistema de imagen combina fotografía de alta velocidad con una tecnología antigua: la microscopía de contraste de fase. Esta fue diseñada para permitir una mejor imagen de los objetos que son en su mayoría transparentes, como las células, compuestas en gran medida por agua. La microscopía de contraste de fase, inventada hace casi 100 años por el físico holandés Frits Zernike, funciona aprovechando la forma en que las ondas de luz se ralentizan y aceleran a medida que ingresan en diferentes materiales.

Por ejemplo, si un haz de luz pasa a través de un trozo de vidrio, disminuirá su velocidad al entrar en el vidrio y luego se acelerará nuevamente cuando salga. Esos cambios en el ritmo alteran el tiempo de las ondas. Con el uso de algunos trucos ópticos es posible distinguir la luz que pasa a través del vidrio de la luz que no lo hace, y el vidrio, aunque transparente, se vuelve mucho más fácil de ver. «Lo que hemos hecho es adaptar la microscopía de contraste de fase estándar para que proporcione imágenes muy rápidas, lo que nos permite obtener imágenes de fenómenos ultrarrápidos en materiales transparentes», dice Wang.

La parte de imagen rápida del sistema consiste en algo que Wang llama tecnología ultrarrápida comprimida de codificación sin pérdida (LLE-CUP). A diferencia de la mayoría de las otras tecnologías de imágenes de vídeo ultrarrápidas, que toman una serie de imágenes en sucesión mientras repiten los eventos, el sistema LLE-CUP toma una sola toma, capturando todo el movimiento que se produce durante el tiempo que tarda la toma en completarse. Dado que es mucho más rápido tomar una sola toma que múltiples tomas, LLE-CUP es capaz de capturar movimiento, como el movimiento de la luz en sí, que es demasiado rápido para ser fotografiado por la tecnología de cámara más típica.

Aplicaciones en física, biología y química
En el nuevo artículo, Wang y sus colegas investigadores demuestran las capacidades de pCUP al obtener imágenes de la propagación de una onda de choque a través del agua y de un pulso láser que es capaz de atravesar una pieza de material cristalino. Wang dice que la tecnología, aunque aún está en su desarrollo inicial, puede tener usos en muchos campos, incluida la física, la biología o la química.

«A medida que las señales viajan a través de las neuronas, hay una dilatación diminuta de las fibras nerviosas que esperamos ver. Si tenemos una red de neuronas, tal vez podamos ver su comunicación en tiempo real», afirma Wang. Además, asegura que debido a que se sabe que la temperatura cambia el contraste de fase, el sistema «puede ser capaz de imaginar cómo se propaga un frente de llama en una cámara de combustión».

abc

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