Padarīt neredzamo redzamu: matērija, metodes un prāti

Nodrošina Lemelson-MIT programma

Nākotnes izgudrošana sākas ar neiespējamā iztēlošanos. Iespēja braukt cauri miglai tā, it kā tā būtu saulaina diena, vai lasīt grāmatu, to neatverot, varētu šķist neparasti. Vai varat iedomāties tehnoloģiju, kas nosaka cirkulējošās audzēja šūnas ar ierīci, kas atgādina asinsspiediena aproci? Var šķist, ka šādi jauninājumi pārsniedz mūsu pašreizējo spēju jomu, bet manā Kameras kultūras grupa MIT Media Lab šie un citi izgudrojumi tiek veiksmīgi īstenoti.

Neiespējamie rītdienas fotoattēli netiks ierakstīti; tie tiks aprēķināti.

Šādi sasniegumi ir vairāk nekā tikai aizraujoša zinātne; tiem varētu būt globāla ietekme un nozīmīgs, praktisks pielietojums ikdienas dzīvē. Nav pārdomāti domāt, ka plaša patēriņa elektroniskajās ierīcēs drīzumā tiks iekļautas tehnoloģijas, kas lietotājiem ļaus redzēt cauri miglai un pat sienām, kā arī ap stūriem. Turklāt šie jauninājumi būtiski uzlabos biomedicīnas tehnoloģijas, meklēšanas un glābšanas operācijas un attēlveidošanu bīstamās situācijās.

Padarot neredzamo redzamu

Rentgena attēlveidošanas izgudrojums ļāva mums redzēt mūsu ķermeņa iekšpusi. Termiskās infrasarkanās attēlveidošanas izgudrojums ļāva mums attēlot siltumu. Tāpēc pēdējos gadsimtos galvenais triks, lai neredzamo padarītu redzamu, bija ierakstīšana ar jaunu elektromagnētiskā spektra šķēli. Bet neiespējamās rītdienas fotogrāfijas nebūs ierakstīts; viņi būs aprēķināts. Attiecīgi mums tagad ir nepieciešams jaunas attēlveidošanas aparatūras un skaitļošanas algoritmu kopprojekts.

Piemēram, 2015. gada septembrī Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūrā (DARPA) Pagaidiet, ko? Nākotnes tehnoloģiju forumā es uzstājos ar runu ar nosaukumu Ekstrēma skaitļošanas fotogrāfija, kurā tika demonstrēti mūsu jaunākie darbi. Femto fotogrāfija, joma, ko izstrādājusi mana pētnieku grupa, izmanto ātrgaitas kameru, kas ļauj mums vizualizēt pasauli ar gandrīz triljonu kadru sekundē, lai mēs varētu izveidot palēninātas gaismas filmas lidojuma laikā un radīt neiespējamus fotoattēlus. ar izkliedētu gaismu.

Video: padarīt neredzamu redzamu — jautājums, metodes, prāti: MIT Media Lab, Camera Culture Group

Parasti kameras ieraksta to, kas atrodas tiešā redzamības līnijā, izmantojot tiešu gaismu. Tomēr migla vai audu vai telpu stūri rada izkliedētu gaismu, kas aizsedz interesējošo objektu. Zinātniskā sabiedrība ir pētījusi izkliedētu gaismu gadu desmitiem, bet mana grupa nolēma spert soli tālāk. Viens no sarežģījumiem izkliedētās gaismas izpētē ir tas, ka signālā dominē troksnis. Bet viena cilvēka troksnis ir citas personas signāls . Tātad rodas jautājums: kā mēs varam izmantot izkliedēto gaismu, lai iegūtu vairāk informācijas par ainām, kuras mēs pētām?

Sāksim ar apskati, kas atrodas aiz stūra. Lāzera gaismas impulss, kas ilgst mazāk nekā vienu triljono daļu sekundes, uzplaiksnī gaisā un eksplodē pret sienu, raidot fotonus, kas izkliedējas pa istabu. Neliels skaits šo fotonu atgriezīsies sākuma punktā un tos savāks femtokamera ar ātrumu, kas līdzvērtīgs aptuveni pustriljonam kadru sekundē.

Uztverot un analizējot izkliedēto gaismu ar augstas laika izšķirtspēju, mēs varam izveidot 3D attēlu objektam, kas atrodas aiz stūra un nav redzams. Šī izkliedētās gaismas attēlveidošanas ideja ir arī daļa no vērienīgās jaunās DARPA programmas Revolucionary Enhancement of Visibility by Exploiting Active Light-fields ( ATKLĀT ), kuru vadīja Predrags Milojkovičs , DARPA Aizsardzības zinātņu biroja programmas vadītājs. Izkliedēta gaisma var palīdzēt mums izveidot priekšstatu par to, kas atrodas ārpus mūsu redzes loka. Izmantojot fluorescējošu mūža attēlveidošanu ( FLIM ) metodes, kā parādīja MIT doktora kandidāts un Camera Culture Group pētnieks Gajs Satats un citi, mēs varam arī atklāt vēža audzējus, kas paslēpti dziļos audos, tādējādi potenciāli novēršot nepieciešamību pēc rentgena stariem un biopsijām. Īpaši ātra attēlveidošana var izmērīt fluoroforu, kas iezīmē audzēja šūnas, intensitātes samazināšanos vai kalpošanas laiku. Vēl svarīgāk ir tas, ka tas var atšķirt fluorescējošu mūža samazināšanos no izkliedes izraisītas sabrukšanas audos.

Mūsu komanda pēta veidus, kā izmantot laika izšķirtspējas mērījumus, lai attēlotu biezus un ļoti izkliedētus materiālus, ņemot vērā galvenos lietojumus biomedicīnas attēlveidošanā, subdermālajā diagnostikā un zobu attēlveidošanā.

Mēs pilnveidojam REDX — mūsu vienādranga platformu jaunajiem novatoriem. Mēs ceram, ka arī citas organizācijas investēs, dodot iespēju lielākam skaitam jauniešu uzsākt izgudrojumu izglītības ceļus, ļaujot viņiem sākt agri — kā es to darīju 10 gadu vecumā.

Ja maisījumam pievienojam terahercu attēlveidošanu, mēs varam sākt redzēt cauri citiem materiāliem, piemēram, papīram. Mūsu komanda ir atradusi veidu, kā izmantot lidojuma laika terahercu spektroskopijas attēlus, lai lasītu lapas neatvērta grāmata . Laika domēna terahercu spektroskopija izmanto impulsus līdzīgi kā radars un ultraskaņa, sniedzot mums informāciju par lapu dziļumu un diapazonu, mērot terahercu impulsu atbalsi. Turklāt atstarošanas atšķirības starp tukšu papīru un papīru ar tinti ļauj mums atgūt katras lapas saturu, kartējot impulsu sadalījumu pa lapas rekonstruēto virsmu.

Vēl viens prototips ietver radiofrekvenču (RF) tehnoloģiju, lai atklātu formas, kas pastāv sienas otrā pusē. Tomēr RF atlec no cilvēka izmēra objektiem tā, it kā šie objekti būtu izgatavoti no spoguļiem. Tāpēc mēs nevaram izveidot pilnas 3D formas no viena emitētāja un uztvērēja. Taču, apvienojot vairākas RF frekvences un izstarotājus, mēs apgaismojam ainu aiz sienas. Mēs skatāmies uz atspoguļoto RF enerģiju laika domēnā, lai aprēķinātu dubļainas 3D formas.

Palīdzība jauniešiem iesaistīties radošajā izgudrojumā

Mēs MIT padarām neredzamo redzamu. Taču mēs arī aizrautīgi cenšamies atklāt neredzamas problēmas un padarīt talantus redzamus visā pasaulē.

Domājot par nākotni, mums vajadzētu sev uzdot jautājumu: cik tālu mēs varam iet? un kura iztēle mūs tur aizvedīs? Prieku un gandarījumu, ko mēs ar kolēģiem piedzīvojam, izstrādājot izgudrojumus un jaunas iespējas, piemēram, tās, kas aprakstītas iepriekš, un no tā izrietošos ieguvumus, ko var gūt miljardiem cilvēku, kam tas ir vajadzīgs, jaunieši jebkurā laikā var izjust kā daļu no savas ikdienas. jebkurā vietā. Izgudrotājiem nav jābūt noteiktā vecumā vai saistītiem ar universitātēm, lai radītu tehnoloģiskus risinājumus, kas rada pārmaiņas. Tagad ir pienācis laiks dot iespēju īstu vienādranga izgudrojumu.

Lai veicinātu šo vēlamo nākotni, nākamo vairāku gadu laikā es ieguldīšu daļu no Lemelson-MIT balvas naudas, lai atbalstītu jauno izgudrotāju attīstību. Mēs uzlabojam REDX (Rethinking Engineering Design Execution), mūsu vienādranga platforma jaunajiem novatoriem. Mēs ceram, ka arī citas organizācijas investēs, dodot iespēju lielākam skaitam jauniešu uzsākt izgudrojumu izglītības ceļus, ļaujot viņiem sākt agri — kā es to darīju 10 gadu vecumā.

REDX filozofija koncentrējas uz vietas/zondes/augšanas/palaišanas modeli. Pirmais solis ir smērēšanās īstā problēma, pie kuras strādāt kopā ar ekspertiem un ieinteresētajām personām. Šis ir daudzpakāpju process, kurā tiek analizēti pieejamie resursi un aktuālas problēmas. Vēlākās fāzes ietver zondēšana atrisinājums, augošs adopcija un palaišana prototips.

REDX filozofija ir ietekmējusi sešus kopinovācijas centrus, tostarp: REDX Mumbaja , LVP MITRA (Haidarabada, Indija), Medhacker (Sanpaolo, Brazīlija), REDX Kumbathon un DISQ centrs (gan Našikā, Indijā), gan Jauno pasaules valstu īpašo interešu grupa MIT Media Lab. Es atveru REDX rokasgrāmatu visiem, lai ikviens varētu pieteikties REDX kopinovācijas laboratorijas vai kluba izveidei. Es uzskatu šo a pagriezts riska kapitāla modelis izgudrojumu pārvēršanai risinājumos ar reālu ietekmi.

Ātri uz priekšu 10 gadus uz priekšu. (Atkārtoti) iztēlojieties pasauli, kurā jaunie līdzizgudrotāji visā pasaulē aktīvi iesaistās tiešsaistes/bezsaistes sadarbības, pētniecības datu, inovatīvas uz pilsoņiem balstītas tehnoloģijas un domāšanas veidu izmantošanā, piemēram, izgudrotāji, lai risinātu neatliekamus izaicinājumus un pārlēktu uz esošajiem risinājumiem. Šī ir nākotne, kurā izcili prāti nodarbojas ar vajadzību noteikšanu, risinājumu izpēti, prototipu izstrādi un to izvēršanu mērogā — galu galā uzlabojot dzīvi.

Ramesh Raskar ir 2016. gada uzvarētājs $500 000 Lemelson-MIT balva , kurā tiek godināti karjeras vidusposma izgudrotāji, kuru mērķis ir uzlabot pasauli, izmantojot izcilus tehnoloģiskus izgudrojumus. Viņš ir direktors Kameras kultūra pētniecības grupa MIT Media Lab un mediju, mākslas un zinātnes asociētais profesors MIT. UZ pionieris redzes tehnoloģiju un sociālo inovāciju jomā, viņam ir vairāk nekā 75 patenti un viņš par savu darbu ir saņēmis daudzas balvas. Viņš plāno izmantot daļu no Lemelson-MIT balvas naudas, lai uzlabotu REDX peer-to-peer platforma jaunajiem izgudrotājiem. Raskars ir ieguvis bakalaura grādu elektronikā un telekomunikācijās Indijas valdības inženierzinātņu koledžā un doktora grādu datorzinātnēs Ziemeļkarolīnas Universitātē Chapel Hill.

paslēpties