Câmera mais rápida do mundo captura 156 trilhões de imagens por segundo

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Pesquisadores da Universidade de Quebec, no Canadá, desenvolveram uma câmera que captura 156,3 trilhões de frames por segundo (fps). Isso permite gravar vídeos de fenômenos da natureza que acontecem em femtosegundos – um quadrilionésimo de segundo.

(Para ter uma ideia: existem tantos femtosegundos em um segundo quanto segundos em 32 milhões de anos)

A câmera do iPhone geralmente grava vídeos em 30 fps. Se for um vídeo em câmera lenta, a taxa aumenta até 240 fps. Já a explosão central no filme Oppenheimer, vencedor do Oscar, foi gravada em 48 fps. Cadências muito maiores do que isso são raras no audiovisual. Mas, para observar alguns fenômenos da física, química e biologia, a taxa do cinema não é suficiente.

A nova câmera usa uma técnica que registra 132 frames a partir de um pulso de laser ultra rápido. É possível observar ondas de impacto em objetos e células vivas, por exemplo. Ela pode ser usada para melhorar tratamentos médicos ou a memória computacional. A pesquisa foi publicada no periódico especializado Nature Communications.

Até então, o posto de câmera mais rápida de todas pertencia ao Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). A técnica desenvolvida pelos pesquisadores em 2020 permite a captura de 70 trilhões de imagens por segundo. Já a nova câmera da Universidade de Quebec é cerca de duas vezes mais rápida.

As câmeras têm tecnologias semelhantes (o principal autor do novo estudo, Jinyang Liang, é referência na área e também desenvolveu o equipamento anterior). Os pesquisadores chamam a nova câmera de SCARF, sigla em inglês para “femtofotografia” em tempo real com abertura codificada por varredura. É esse transformer que você vê aí embaixo.

Isso foi possível graças a uma fonte de luz chamada laser chirp, cujo desenvolvimento foi laureado com o Prêmio Nobel de Física de 2018. Nessa técnica, os comprimentos de ondas de luz (em outras palavras, as cores) chegam em tempos diferentes à câmera. Primeiro chega o vermelho, depois o laranja, amarelo… até chegar ao roxo, que tem o comprimento de onda mais curtinho.

Então, quando o laser é disparado em um objeto, cada comprimento de onda captura informação em um momento diferente. Em vez de capturar a imagem de uma vez só, a câmera registra as cores sucessivamente. Só que fenômeno em femtosegundos acontece tão rápido que, quando juntamos todas as cores, temos uma imagem em movimento.

O pulso de luz passa por componentes de foco, reflexão e difração antes de chegar ao sensor principal. Tudo isso é convertido em dados para que o computador reconstrua a imagem final – mais ou menos como ocorre com as fotos que são feitas do espaço.

Mas existe uma limitação: esse método só pode ser utilizado em fenômenos que se repetem exatamente da mesma forma. É o caso de ablação [remoção de material] por laser e choques mecânicos em células vivas.