Cuando hablamos de cámara lenta solemos hablar, normalmente, de 120 FPS (fotogramas por segundo). Hay cifras más altas, como 480, 960 o locuras como lo que hacía el Mate 30 Pro de Huawei con sus 7.680 cuadros por segundo. Cifras muy altas, pero ni de lejos tan altas como lo que ofrece la nueva cámara más rápida del mundo: 156,3 billones de fotos por segundo.
SCARF. Ese es el nombre que ha recibido este peculiar dispositivo que parece una cámara convencional desmontada. Siglas de Swept-Coded Aperture Real-Time Femtophotography, esta cámara es capaz de "captar la absorción transitoria en un semiconductor y la desmagnetización ultrarrápida de una aleación metálica", explican sus creadores, que le ven un enorme potencial en disciplinas como la física, la biología y la química.
Así luce la cámara SCARF | Imagen: INRS
El desafío. Al frente de la investigación del grupo Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre del INRS (Canadá) se encuentra el profesor Jinyang Liang. Según detalla el grupo, el problema del enfoque de las cámaras ultrarrápidas actuales es que "implicaba la captura secuencial de fotogramas uno a uno. Adquirían datos mediante mediciones breves y repetidas, y luego lo unían todo para crear una película que reconstruía el movimiento observado". En palabras del director del proyecto:
"Este enfoque sólo puede aplicarse a muestras inertes o a fenómenos que suceden exactamente igual cada vez. Las muestras frágiles, por no hablar de los fenómenos no repetibles o con velocidades ultrarrápidas, no pueden observarse con este método [...] Por ejemplo, fenómenos como la ablación por láser de femtosegundo, la interacción de ondas de choque con células vivas y el caos óptico no pueden estudiarse de esta manera".
En ese sentido, el profesor Liang desarrolló hace años T-CUP (Trillion-frame-per-second compressed ultrafast photography), una tecnología capaz de capturar 10 billones de imágenes por segundo. Posteriormente, en el año 2020 el investigador consiguió dar el salto a los 70 billones de FPS. Ahora se ha dado un paso más allá.
156,3 billones de imágenes. SCARF promete mucho, mucho más. De acuerdo a los investigadores, es capaz de sacar 156.300.000.000.000 imágenes en un segundo. Eso permite que esta cámara capture eventos que ocurren en el rango de los femtosegundos. Un femtosegundo es una milbillonésima parte de un segundo. Para que nos hagamos a la idea, hay tantos femtosegundos en un segundo como segundos hay en 100 millones de años.
Si la luz viaja a aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo, esta cámara sería capaz de hacerle cerca de 500 fotos a la luz en lo que tarda en moverse un milímetro.
Esquema del funcionamiento de SCARF | Imagen: Nature
¿Cómo funciona? Simplificándolo mucho, el sistema emite un pulso láser "chirpado", es decir, que cada longitud de onda tiene una velocidad diferente. Cada longitud de onda tiene su correspondiente marca de tiempo y al hacer una foto, primero impactarían en el sujeto las longitudes de onda correspondientes al rojo, luego las correspondientes al naranja, al verde, al azul y al violeta. Como el suceso fotografiado ocurre tan rápido (femtosegundos, recordemos), conforme llega cada nuevo "color" se van registrando los cambios en el pulso láser, que luego rebota y difracta entre varios componentes hasta llegar al sensor CCD. La información se procesa y se genera la imagen.
Posibles aplicaciones. Más allá de lo curioso, lo cierto es que esta cámara tiene importantes aplicaciones. Se podría usar para capturar fenómenos irrepetibles o difíciles de producir, como la mecánica de ondas de choque en células vivas o en la materia, lo que podría ayudar a desarrollar nuevos medicamentos. Podemos pensar también en las implicaciones que tiene en otras materias como física. De hecho, dos empresas, Axis Photonique y Few-Cycle, están trabajando ya Liang para desarrollar versiones comerciales.
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