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Charla «Ver movimiento invisible, escuchar sonidos silenciosos. ¿Genial? ¿Horripilante? No podemos decidir» de TEDxBeaconStreet en español.
Conoce al «microscopio del movimiento», una herramienta de procesamiento de video que reproduce hasta diminutos cambios en el movimiento y el color, imposibles de ver a simple vista. El investigador Michael Rubinstein nos enseña un impresionante videoclip mostrando cómo esta tecnología puede rastrear el pulso y los latidos del corazón de una persona simplemente de una pieza de material de archivo. Verlo recrear una conversación mediante la amplificación de los movimientos de las ondas de sonido que rebotan en una bolsa de papas fritas. Las inspiradoras y siniestras aplicaciones de esta tecnología que tienes que ver para creer.
- Autor/a de la charla: Michael Rubinstein
- Fecha de grabación: 2014-11-13
- Fecha de publicación: 2014-12-23
- Duración de «Ver movimiento invisible, escuchar sonidos silenciosos. ¿Genial? ¿Horripilante? No podemos decidir»: 798 segundos
Traducción de «Ver movimiento invisible, escuchar sonidos silenciosos. ¿Genial? ¿Horripilante? No podemos decidir» en español.
En los últimos siglos, los microscopios han revolucionado nuestro mundo.
Nos han revelado un diminuto mundo de objetos, vidas y estructuras, que son muy pequeños para verlos a simple vista.
Una enorme contribución a la ciencia y la tecnología.
Hoy quisiera presentarles un nuevo tipo de microscopio, un microscopio de cambios.
No usa la óptica de un microscopio ordinario para agrandar objetos pequeños, sino una cámara de video y procesamiento de imágenes para revelar cambios de color y diminutos movimientos en personas y objetos, cambios que serían imposibles de ver a simpe vista.
Nos permite ver nuestro mundo de una forma completamente nueva.
¿Qué quiero decir con cambios de color?
Nuestra piel, por ejemplo, cambia de color muy ligeramente, cuando la sangre fluye por ella.
Ese cambio es increíblemente sutil, por eso cuando ven a los demás, cuando ven a la persona sentada junto a Uds.
no ven que su piel o su cara cambie de color.
Cuando vemos este video de Steve, nos parece una imagen estática.
Pero cuando lo vemos mediante nuestro nuevo microscopio especial repentinamente vemos una imagen completamente diferente.
Lo que ven aquí son los leves cambios de color de la piel de Steve, magnificados 100 veces para hacerlos visibles.
De hecho vemos el pulso humano.
Podemos ver la frecuencia del pulso de Steve, y también cómo fluye la sangre en su cara.
Podemos hacer eso no solo para ver el pulso sino para recuperar el ritmo cardiaco y medirlo.
Y lo podemos hacer con cámaras comunes sin tocar a los pacientes.
Aquí vemos el pulso y ritmo cardiaco de un bebé recién nacido a partir de un video que tomamos con una cámara DSLR común y la medición que obtuvimos del ritmo cardiaco es tan precisa como la que se obtiene de un monitor estándar de hospital y ni siquiera tiene que ser un video grabado por nosotros.
En esencia podemos hacerlo con otros videos también.
Tomé una secuencia de «Batman inicia» solo para mostrar el pulso de Christian Bale.
(Risas)
Es de suponer que tiene maquillaje, la luz aquí lo dificulta; aun así, del video, pudimos extraer su pulso y se muestra bastante bien.
¿Cómo lo hacemos?
Analizamos los cambios de luz que se registran en cada pixel del video en el tiempo y luego empalmamos esos cambios.
Los magnificamos para poder verlos.
El truco es que esas señales, esos cambios que buscamos son en extremo sutiles, por eso debemos ser cuidadosos al separarlos.
del ruido que siempre hay en los videos.
Así que usamos técnicas de procesamiento ingeniosas para obtener mediciones precisas del color de cada pixel en el video y la forma como cambia el color con el tiempo para luego amplificar esos cambios.
Los agrandamos para crear videos realzados o magnificados, que en efecto nos muestran esos cambios.
Pero resulta que podemos hacer eso no solo para cambios leves de color, sino también para movimientos leves, y eso se debe a que la luz grabada por nuestras cámaras, cambiará no solo si el color del objeto cambia, sino también cuando el objeto se mueve.
Esta es mi hija cuando tenía dos meses de edad.
Es un video que grabé hace tres años.
Como todo padre primerizo, queremos saber que nuestros bebés están bien, que están respirando y que están vivos, claro.
Así que también teníamos uno de esos monitores de bebé para poder ver a mi hija cuando dormía.
Y esto es lo que verían con un monitor de bebé estándar.
Pueden ver al bebé durmiendo, pero no hay mucha más información.
No hay mucho que podamos ver.
¿No sería mejor o más útil o más informativo si en cambio pudiéramos ver esto?
Grabé estos movimientos y los magnifiqué 30 veces.
Y puedo ver claramente que mi hija en efecto está viva y respirando.
(Risas)
Aquí tienen una comparación en paralelo del video fuente, el video original, en el que no podemos ver mucho; pero una vez magnificados, la respiración se hace más visible.
Y resulta que hay muchos fenómenos que podemos revelar y magnificar con nuestro microscopio de movimiento.
Podemos ver cómo pulsan nuestras venas y arterias del cuerpo, que nuestros ojos están en movimiento constante en este movimiento tembloroso.
Y ese es de hecho mi ojo y este video fue tomado justo después de que nació mi hija; pueden ver que no había dormido mucho.
(Risas)
Incluso si una persona está quieta, hay mucha información que podemos extraer sobre sus patrones de respiración, leves expresiones faciales.
Quizá pudiéramos usar esos movimientos para que nos digan algo de nuestros pensamientos y emociones.
También podemos magnificar movimientos mecánicos diminutos como las vibraciones en máquinas que pueden servir para detectar problemas mecánicos o ver cómo edificios y estructuras reaccionan con el viento o fuerzas.
Todas ellas son mediciones que hacemos de varias formas, pero medir esos movimientos es una cosa y en efecto verlos cuando ocurren es algo totalmente diferente.
Desde que descubrimos esta nueva tecnología, pusimos nuestro código en línea para que otros puedan usarlo y experimentar con él.
Es muy sencilla de usar.
Puede funcionar con sus propios videos.
Nuestros colaboradores en Quantum Research incluso crearon un sitio web donde pueden subir sus videos y procesarlos en línea.
Así, aunque no tengan experiencia en programación, pueden fácilmente experimentar con este nuevo microscopio.
Quisiera mostrarles un par de ejemplos de lo que otros han hecho con él.
Este video lo hizo para YouTube, el usuario Tamez85, a quien no conozco, pero él o ella usó nuestro código para magnificar los leves movimientos del vientre durante el embarazo.
Es un poco escalofriante.
(Risas)
La gente lo ha usado para magnificar las venas de sus manos.
No es ciencia real a menos de que usen conejillos de indias y aparentemente este conejillo de indias se llama Tiffany.
Y este usuario de YouTube afirma que es el primer roedor del planeta cuyo movimiento ha sido magnificado.
También pueden hacer arte.
Este video me lo envió una estudiante de diseño de Yale.
Quiso ver si había diferencias en los movimientos de sus compañeros de clase.
Les pidió que estuvieran quietos y luego magnificó sus movimientos.
Es como ver fotos fijas que toman vida.
Lo agradable de todos estos ejemplos es que no tenemos nada que ver con ellos.
Solo ofrecimos una nueva herramienta, una forma nueva de ver el mundo y la gente encuentra formas nuevas, creativas e interesantes de usarla.
Pero no nos quedamos ahí.
Esta herramienta no solo nos permite ver el mundo de una nueva manera, también redefine lo que podemos hacer y reduce los límites de lo que podemos hacer con nuestras cámaras.
Como científicos nos empezamos a preguntar,
¿qué otros fenómenos físicos producen movimientos diminutos que podamos ahora medir con nuestras cámaras?
Uno de esos fenómenos al que nos enfocamos es el sonido.
El sonido, como sabemos, es en esencia cambios en la presión de aire que viaja por el aire.
Esas ondas de presión golpean objetos y crean diminutas vibraciones que es como escuchamos y grabamos el sonido.
Pero resulta que el sonido también produce movimientos visuales que no son visibles para nosotros, pero sí para una cámara con el procesamiento correcto.
He aquí dos ejemplos.
Aquí estoy demostrando mis aptitudes de canto.
(Canta)
(Risas)
Tomé un video en alta velocidad de mi garganta mientras tarareaba.
Y si miran fijamente el video no hay mucho que puedan ver, pero al magnificarlo 100 veces, vemos los movimientos y ondulaciones involucrados del cuello al producir sonido.
Esa señal está ahí en el video.
También sabemos que los cantantes pueden romper una copa de vino, si dan la nota correcta.
Aquí tocaremos una nota en la frecuencia de resonancia de esta copa con un parlante a un lado.
Tocamos la nota y magnificamos el movimiento 250 veces.
Podemos ver claramente cómo vibra la copa y resuena en respuesta al sonido.
No es algo que se suela ver a diario.
Pero esto nos hizo reflexionar en una idea loca.
¿Podemos invertir este proceso y recuperar sonido del video analizando las diminutas vibraciones que las ondas sonoras crean en objetos y convertirlos de vuelta en los sonidos que los produjeron?
De esta forma podemos convertir objetos cotidianos en micrófonos.
Y eso hicimos exactamente.
Esta es una bolsa vacía de papas sobre una mesa y convertiremos esta bolsa de papas en un micrófono filmándola con una cámara de video y analizando los leves movimientos que las ondas sonoras hacen.
Este es el sonido que tocamos.
(Música: «María tenía un corderito») Este es un video a alta velocidad grabado de esa bolsa de papas.
Otra vez, está tocando.
No hay forma de que puedan ver que suceda algo en ese video con solo mirarlo, pero este es el sonido que pudimos recuperar analizando los leves movimientos del video.
(Música: «María tenía un corderito») Le llamo…
gracias.
(Aplausos)
Le llamo el micrófono visual.
De hecho extraemos señales de audio de las señales de video.
Solo para darles un sentido de la escala del movimiento, un sonido fuerte hará que esa bolsa de papas se mueva menos de un micrómetro, esto es una milésima de un milímetro.
Así de pequeños son los movimientos que ahora podemos sacar con tan solo observar los rebotes de luz en los objetos que grabamos con nuestras cámaras.
Podemos recuperar sonidos de otros objetos como plantas.
(Música: «María tenía un corderito») Lo mismo que el habla.
Esta es una persona hablando.
Voz: María tenía un corderito cuya lana era blanca como la nieve y adonde fuera María, el corderito seguro la seguía.
Michael Rubinstein: Y aquí tienen esa alocución recuperada de este video con la misma bolsa de papas.
Voz: María tenía un corderito, cuya lana era blanca como la nieve y adonde fuera María, el corderito seguro la seguía.
MR: Usamos «María tenía un corderito», porque se dice que esas fueron las primeras palabras que Tomás Edison dijo con su fonógrafo en 1877.
Uno de los primeros dispositivos de grabación de sonido de la historia.
Básicamente dirige el sonido a un diafragma, que hace vibrar una aguja que graba el sonido en papel estaño enrollado en un cilindro.
Esta es una demostración de grabación y reproducción del fonógrafo de Edison.
(Video) Voz: Probando, probando, uno, dos tres.
María tenía un corderito cuya lana era blanca como la nieve y adonde fuera María, el corderito seguro la seguía.
Probando, probando, uno, dos tres.
María tenía un corderito cuya lana era blanca como la nieve y adonde fuera María, el corderito seguro la seguía.
MR: Y ahora, 137 años después, podemos obtener sonido con una calidad bastante similar tan solo mirando objetos que vibran con el sonido usando cámaras e incluso podemos hacerlo con la cámara a casi 5 metros del objeto detrás de un vidrio insonorizado.
Este es el sonido que pudimos recuperar en este caso.
Voz: María tenía un corderito cuya lana era blanca como la nieve y adonde fuera María, el corderito seguro la seguía.
MR: Claro está que la vigilancia es la primera aplicación que imaginamos.
(Risas)
Pero quizá también sería útil para otras cosas.
Quizá en el futuro, podamos usarlo por ejemplo, para recuperar sonido del espacio porque el sonido no puede viajar en el espacio, pero sí la luz.
Apenas estamos explorando otros posibles usos para esta nueva tecnología.
Nos permite ver procesos físicos que conocemos, pero que nunca hemos podido verlos con nuestros propios ojos hasta ahora.
Este es nuestro equipo.
Todo lo mostrado hoy es resultado de una colaboración con este grandioso equipo de gente que ven aquí.
Son bienvenidos a visitar nuestro sitio web para que los prueben Uds.
mismos y exploren con nosotros este mundo de movimientos diminutos.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/michael_rubinstein_see_invisible_motion_hear_silent_sounds/