במאות האחרונות, המיקרוסקופים חוללו מהפכה בעולמנו.
הם חשפו בפנינו עולם זעיר של עצמים, חיים ומבנים,
קטנים מכדי לראותם בעין לא-מזוינת.
התרומה שלהם למדע ולטכנולוגיה היא עצומה.
היום ברצוני להציג לכם מיקרוסקופ מסוג חדש,
מיקרוסקופ שינויים.
הוא אינו משתמש באופטיקה כמו מיקרוסקופ רגיל
כדי להגדיל עצמים קטנים,
אלא משתמש במצלמת וידאו ובעיבוד תמונה
כדי לחשוף בפנינו את התנועות ושינויי הצבע הכי זעירים בעצמים ובאנשים,
שינויים שאיננו מסוגלים לראות בעין בלתי-מזוינת.
והוא מאפשר לנו להביט בעולמנו בדרך חדשה לגמרי.
מה כוונתי ב"שינויי צבע"?
עורנו, למשל, משנה את צבעו במידה קלה מאד
כשהדם זורם מתחתיו.
השינוי הוא עדין במידה שלא תיאמן,
ולכן, כשאתם מביטים באנשים אחרים,
כשאתם מביטים באדם שיושב לידכם,
אינכם רואים שעורו או פניו משנים את צבעם.
כשאנו צופים בסרטון הזה, של סטיב, הוא נראה לנו כמו תמונה דוממת,
אבל כשאנו צופים בו דרך המיקרוסקופ החדש והמיוחד שלנו,
אנו רואים לפתע תמונה שונה לחלוטין.
אתם רואים כאן שינויים זעירים בצבע עורו של סטיב,
בהגדלה של פי 100, כדי שהם ייראו לעין.
אפשר ממש לראות את הדופק האנושי.
אנו יכולים לראות באיזו מהירות הולם לבו של סטיב,
אבל גם את עצם זרימת הדם בפניו.
ואנו יכולים לעשות זאת לא רק כדי להראות את הדופק,
אלא גם לשחזר את קצב ליבנו,
למדוד את קצב ליבנו.
וביכולתנו לעשות זאת בעזרת מצלמה רגילה ומבלי לגעת במטופל.
אתם רואים כאן דופק וקצב-לב שהפקנו מגופו של יילוד
באמצעות סרטון שצילמנו במצלמת רפלקס רגילה,
ומדידת קצב הלב שקיבלנו
היא מדויקת ממש כמו זו שמקבלים ממשגוח של בית-חולים.
וזה לא חייב להיות אפילו סרטון שאנו צילמנו.
ביכולתנו לעשות זאת בעצם גם עם סרטונים אחרים.
הבאתי כאן קטע קצר מתוך "באטמן מתחיל"
רק כדי להראות את הדופק של כריסטיאן בייל.
[צחוק]
יש להניח שהוא מאופר,
התאורה כאן די מאתגרת,
ובכל זאת, רק מתוך הסרטון, אנו יכולים למצוא את הדופק שלו
ולהראותו טוב למדי.
אז איך אנו עושים את כל זה?
עקרונית, אנו מנתחים את שינויי האור שהוקלטו
בכל פיקסל על רצף הזמן,
ואז אנו מעצימים שינויים אלה.
אנו מגדילים אותם כדי שנוכל לראותם.
החלק הרגיש הוא שאותות אלה,
השינויים האלה שאנו מחפשים, הם עדינים ביותר,
כך שעלינו להקפיד מאד כשאנו מנסים להפריד אותם
מן הרעש שקיים תמיד בסרטונים.
לכן אנו משתמשים במספר טכניקות עיבוד-תמונה חכמות
כדי לקבל מדידה מדויקת מאד של הצבע בכל פיקסל של הסרטון,
וכיצד אותו הצבע משתנה במשך הזמן,
ואז אנו מגבירים שינויים אלה.
אנו מגדילים אותם כדי ליצור סרטונים משופרים, או מוגדלים,
שמראים לנו בבירור את השינויים הללו.
אבל מסתבר שביכולתנו לעשות זאת לא רק כדי להראות שינויי צבע זעירים,
אלא גם תנועות זעירות,
וזה משום שהאור שמוקלט במצלמות שלנו
משתנה לא רק אם משתנה צבע האובייקט,
אלא גם אם האובייקט זז.
זאת בתי, כשהיתה כבת...
חודשיים.
זהו סרטון שצילמתי לפני כ-3 שנים.
וכהורים חדשים, כולנו רוצים לוודא שהתינוקות שלנו בריאים,
שהם נושמים, שהם חיים, כמובן.
אז גם אני השגתי משגוח תינוקות,
כדי שאוכל לראות את בתי כשהיא ישנה.
וזה בערך כל מה שרואים במשגוח תינוקות רגיל.
רואים שהתינוקת ישנה,
אבל אין כאן יותר מדי מידע.
אי-אפשר לראות כאן הרבה.
לא היה טוב יותר, או אינפורמטיבי או שימושי יותר,
אם במקום זה יכולנו לראות מראה כזה? [צחוק]
לקחתי את התנועות והגדלתי אותן פי 30,
ואז יכולתי לראות בבירור שבתי
אכן חיה ונושמת.
[צחוק]
הנה השוואה, זה לצד זה.
שוב, בסרטון המקור, בסרטון המקורי,
לא רואים הרבה.
אבל כשמגדילים את התנועות, הנשימה נעשית ברורה בהרבה.
ומסתבר שיש המון תופעות
שאפשר לחשוף ולהגדיל בעזרת מיקרוסקופ התנועה החדש שלנו.
אנו יכולים לראות את הוורידים והעורקים שפועמים בגופנו.
אנו יכולים לראות שעינינו נעות ללא-הרף
בחוסר יציבות.
זאת בעצם העין שלי,
ושוב, הסרטון הזה צולם מיד אחרי שבתי נולדה,
ואתם רואים שלא ישנתי הרבה. [צחוק]
אפילו כשאדם יושב בשקט,
אפשר לחלץ המון מידע
על דפוסי הנשימה והבעות הפנים הקטנות שלו.
אולי נוכל לנצל תנועות אלה
כדי לגלות משהו על המחשבות או הרגשות שלנו.
אנו יכולים גם להגדיל תנועות מכניות קטנות,
כמו ויברציות במנועים,
כדי לעזור למהנדסים לאתר ולאבחן בעיות מכניות,
או לראות איך הבניינים והמבנים שלנו מתנודדים ברוח ומגיבים לכוחות שונים.
כל אלה דברים שהחברה שלנו יודעת למדוד בדרכים שונות,
אבל למדוד את התנועות האלה
ולראות את התנועות האלה כשהן מתרחשות
הם שני דברים שונים לחלוטין.
ומאז שגילינו את הטכנולוגיה החדשה הזו,
פרסמנו את הקוד שלנו ברשת
כדי שאחרים יוכלו גם הם להשתמש ולהתנסות בו.
הוא קל מאד לשימוש.
הוא יכול לעבוד עם הסרטים שלכם.
שותפינו ב"מחקר קוונטום" אפילו יצרו אתר אינטרנט נחמד
שאפשר להעלות אליו סרטונים לעיבוד מקוון,
כך שאפילו ללא שום נסיון במדעי המחשב או בתכנות,
עדיין אפשר בקלות רבה להתנסות במיקרוסקופ החדש הזה.
ואני רוצה להראות לכם כמה דוגמאות
של דברים שאחרים עשו בעזרתו.
הסרטון הזה נוצר ע"י משתמש "יו-טיוב" בשם טאמז85.
אינני יודע מיהו המשתמש הזה,
אבל הוא, או היא, השתמשו בקוד שלנו
כדי להגדיל תנועות קטנות של הבטן במהלך הריון.
זה קצת מפחיד.
[צחוק]
אנשים השתמשו בה כדי להגדיל ורידים פועמים בידיהם.
וידוע שזה לא מדע אמיתי אם לא משתמשים בחיות מעבדה,
ומסתבר שלשרקן הזה קוראים טיפני,
ומשתמש ה"יו-טיוב" הזה טוען שהוא המכרסם הראשון בעולם
שזכה להגדלת תנועה.
אפשר גם ליצור עם זה אמנות.
הסרטון הזה נשלח אלי ע"י סטודנטית לעיצוב באוניברסיטת ייל.
היא רצתה לראות אם יש הבדלים
בהתנועעות של חבריה לכיתה.
היא העמידה את כולם בשקט, ואז הגדילה את תנועותיהם.
זה כמו לראות צילומים מתעוררים לחיים.
ומה שנחמד בכל הדוגמאות האלה,
הוא שלא היינו מעורבים בהם בשום צורה.
אנו רק סיפקנו את הכלי החדש הזה, דרך חדשה להתבוננות בעולם,
ואנשים מוצאים דרכים אחרות, חדשות ויצירתיות להשתמש בו.
אבל המשכנו הלאה.
הכלי הזה לא רק מאפשר לנו להביט בעולם בדרך חדשה,
אלא גם מגדיר מחדש מה אנו יכולים לעשות
ומרחיב את הגבולות של מה שאפשר לעשות עם המצלמות שלנו.
אז כמדענים, התחלנו לתהות
אילו סוגים נוספים של תופעות פיזיות מחוללות תנועות זעירות
שכעת ביכולתנו למדוד בעזרת המצלמות שלנו?
ותופעה כזו, שבה התמקדנו לאחרונה, היא הצליל.
הצליל, כפי שכולנו יודעים, הוא בעיקרו שינויים
בלחץ האוויר, שעוברים דרך האוויר.
גלי-לחץ אלה פוגעים בעצמים ויוצרים בהם ריטוטים קטנים,
וכך אנו שומעים ומקליטים צלילים.
אבל מסתבר שהצליל מחולל גם תנועות חזותיות.
אלה הן תנועות שאינן נראות לעינינו,
אבל ניתן לראותן במצלמה ובעיבוד המתאים.
הנה שתי דוגמאות.
כאן אני מדגים את כישורי השירה הנפלאים שלי.
[שירה]
[צחוק]
ואני צילמתי סרטון במהירות גבוהה של הגרון שלי בזמן ההמהום.
שוב, אם מביטים בסרטון, לא רואים הרבה,
אבל כשמגדילים את התנועות פי 100, רואים את כל התנועות והאדוות
שמתרחשות בגרון ומעורבות בהפקת הצליל.
האות נמצא כבר בסרטון עצמו.
ידוע לנו גם שזמרים מסוגלים לנפץ כוס יין
אם הם שרים בתו הנכון.
אז כאן נשמיע תו מסוים
שמהדהר בתדירות של הזכוכית הזאת
דרך רמקול שעומד לידה.
כשאנו משמיעים את התו ומגדילים את התנועות פי 250,
אנו רואים בבירור איך הזכוכית רוטטת
ומהדהדת בתגובה לצליל.
זה לא משהו שרואים כל יום.
ואנו יכולים להדגים את זה גם ללא הכנות מיוחדות.
אז אני מעודד אתכם לעצור אצלנו,
לשחק עם זה בעצמכם ולראות את זה בזמן אמיתי.
אבל זה גרם לנו לחשוב. זה העלה בנו רעיון מטורף.
האם אפשר להפוך את התהליך ולשחזר צליל מתוך סרטון,
ע"י ניתוח הוויברציות הזעירות שגלי הקול יוצרים בעצמים,
ולמעשה, להמיר אותן לצלילים שחוללו אותן?
באופן זה נוכל להפוך חפצים יומיומיים למיקרופונים.
וזה בדיוק מה שעשינו.
זאת שקית טוגנים ריקה שהיתה מונחת על שולחן,
ואנו נהפוך את שקית הטוגנים הזאת למיקרופון
בכך שנסריט אותה במצלמת וידאו
וננתח את התנועות הזעירות שגלי הקול מחוללות בה.
אז הנה הצליל שהשמענו באותו חדר.
[מוסיקה: "למרי היה שה קטן"]
והנה הסרטון במהירות גבוהה שבו תיעדנו את שקית הטוגנים.
ושוב,
אין סיכוי שתוכלו לראות שקורה משהו בסרטון הזה
בכך שסתם תתבוננו בו.
והנה הצליל שהצלחנו לשחזר רק באמצעות ניתוח
של התנועות הזעירות שבסרטון.
[מוסיקה: "למרי היה שה קטן"]
אני מכנה זאת -- תודה,
[מחיאות כפיים]
אני מכנה זאת "מיקרופון חזותי".
אנו ממש מחלצים אותות אודיו מתוך אותות וידאו.
ורק כדי לתת לכם מושג על קנה המידה של התנועות האלה,
צליל חזק למדי יגרום לשקית הטוגנים
לזוז פחות ממיקרומטר,
כלומר, אלפית המילימטר.
עד כדי זעירות התנועות שאנו יכולים כעת לחלץ
פשוט ע"י צפיה באופן שבו האור מוחזר מעצמים
והקלטתו במצלמות שלנו.
אנו יכולים לשחזר צלילים מעצמים אחרים, כגון צמחים.
[מוסיקה: "למרי היה שה קטן"]
וגם לשחזר דיבור.
הנה אדם שמדבר בחדר.
קול: למרי היה שה קטן שפרוותו צחה כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הלך גם השה.
מייקל רובינשטיין: והנה שוב הדיבור ששוחזר הפעם
מהסרטון של אותה שקית טוגנים.
קול: למרי היה שה קטן שפרוותו צחה כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הלך גם השה.
מ"ר: השתמשנו ב"למרי היה שה קטן",
כי אומרים שאלו היו המלים הראשונות
שתומס אדיסון אמר למיקרופון שלו ב-1877.
זה היה אחד ממכשירי הקלטת הצליל הראשונים בהיסטוריה.
בעקרון, הוא כיוון את הצלילים לעבר תופית
שהרעידה מחט שחרטה את הצליל על יריעת נייר-כסף
שהיתה כרוכה סביב גליל.
הנה הדגמה של הקלטה
ושל השמעת צליל בעזרת הפונוגרף של אדיסון.
[סרטון] קול: בדיקה, אחת, שתיים, שלוש.
למרי היה שה קטן שפרוותו צחה כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הלך גם השה.
בדיקה, אחת, שתיים, שלוש.
למרי היה שה קטן שפרוותו צחה כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הלך גם השה.
מ"ר: והיום, אחרי 137 שנה,
אנו מסוגלים להשיג צליל באיכות דומה מאד
רק מתוך צפיה באמצעות מצלמה בעצמים שרוטטים בתגובה לצליל,
ואני מסוגלים אפילו לעשות זאת כשהמצלמה
מרוחקת 5 מטרים מהעצם ומאחורי זכוכית אטומה לצליל.
וזהו הצליל שהצלחנו לשחזר במקרה זה.
קול: למרי היה שה קטן שפרוותו צחה כשלג,
ולכל מקום שמרי הלכה, הלך גם השה.
מ"ר: וכמובן, מעקב הוא היישום הראשון שעולה על הדעת.
[צחוק]
אבל זה עשוי לשמש גם לדברים אחרים.
אולי בעתיד נוכל להשתמש בזה, למשל,
לשחזר צליל בחלל,
כי צליל אינו יכול לנוע בחלל, אבל האור - כן.
אנו רק התחלנו לחקור
אפשרויות אחרות לשימוש בטכנולוגיה החדשה הזאת.
היא מאפשרת לנו לראות תהליכים פיזיים שאנו יודעים על קיומם
אבל עד כה לא יכולנו לראותם במו עינינו.
הנה הצוות שלנו.
כל מה שהראיתי לכם היום הוא תוצאה של שיתוף-פעולה
עם קבוצת האנשים הנהדרת הזאת,
ואני מעודד אתכם ומזמין אתכם לבקר באתר שלנו,
לנסות את זה בעצמכם,
ולהצטרף לנו בחקר עולם התנועות הזעירות.
תודה לכם.
[מחיאות כפיים]