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STAMP, la supercámara del trillón de fotogramas por segundo

Por fin seremos capaces de observar el desarrollo de fenómenos hasta ahora invisibles para el ojo humano. La cámara STAMP despeja un nuevo camino para la ciencia en todas sus variantes, con la posibilidad de grabar y desacelerar dichos fenómenos.



Investigadores de Japón han desarrollado una nueva cámara de alta velocidad capaz de realizar grabaciones a un ritmo superior al billón de fotogramas por segundo, es decir, más de mil veces más rápida que las cámaras convencionales. Un sistema al que han denominado Sequentially Timed All-optical Mapping Photography (STAMP) y que representa un enorme avance para el estudio de una amplia gama de fenómenos biológicos, físicos y químicos ultrarrápidos que hasta ahora ha sido imposible poder capturar. Un proyecto en el que han participado varios institutos de investigación japoneses en colaboración con la Universidad de Tokio y que se caracteriza por un funcionamiento extremadamente complejo. Además es un prototipo mejorado del presentado el pasado año por el mismo equipo, ya que ahora la cámara es capaz de alcanzar las 25 imágenes secuenciales, mientras que antes apenas llegaba a las seis.

Las cámaras de alta velocidad convencionales sufren limitaciones ocasionadas por la velocidad de procesamiento de sus componentes mecánicos y ópticos, pero la STAMP supera estas barreras gracias a que utiliza únicamente elementos ópticos. Y muy rápidos.De hecho, basa su actividad en el poder de la luz: divide un impulso ultracorto de energía lumínica en una lluvia de rayos de colores que golpean el objeto que se desea grabar mediante una sucesión de “tiros” rápidos, similar a una lluvia muy fuerte. Asimismo, cada destello de color puede ser analizado por separado con el objetivo de unir la imagen en movimiento (esa imagen recoge el aspecto que tenía el objeto en el tiempo que duró el impulso de luz) con otras imágenes correspondientes a otros destellos de color.
El objetivo es llegar a fabricarla en serie


No obstante, la STAMP funciona siempre bajo el supuesto de que todos los impulsos lumínicos de diferente color van a interactuar con el objeto en cuestión de la misma forma. Esto quiere decir que la cámara debe de utilizarse solamente para tomar muestras de imágenes cuyas propiedades ópticas no varían dentro del rango de longitudes de onda que usa este dispositivo.


Una de las escasas imágenes que han salido a la luz de la cámara STAMP. Fuente: Businesswire


A pesar de ello, no hay duda de que las oportunidades que brinda la cámara pueden ser infinitas en el campo de la física, la química e incluso la medicina. Ya se han grabado varios procesos de forma experimental, como por ejemplo el efecto que produce el impacto de un láser enfocado sobre una placa de vidrio, creando una superficie muy caliente de plasma en expansión. Pero el futuro se presenta mucho más interesante con la posibilidad de grabar los cambios de estado de los materiales, una explosión de Coulomb o los efectos de los cambios electromagnéticos.

“Hay que tener en cuenta que probablemente haya muchas más aplicaciones para la cámara STAMP de las que hasta el momento hemos imaginado”, asegura Keiichi Nakagawa, uno de los investigadores de la Universidad de Tokio que han formado parte del proyecto.


Al propio Nakagawa se le ocurrió la idea de desarrollar el dispositivo mientras aún cursaba sus estudios universitarios. Pronto vio la necesidad de fabricar una cámara capaz de capturar los cambios fisiológicos que experimentan las células vivas a partir de ondas acústicas de choque. La comunidad científica cree que los efectos de las ondas acústicas pueden llegar a favorecer el crecimiento de los huesos y los vasos sanguíneos, pero hasta ahora no han tenido herramientas capaces de visualizar fenómenos tan rápidos como la transición de una onda de choque al atravesar una célula.

El equipo de investigadores continúa trabajando en el desarrollo de la STAMP con el propósito de llegar a fabricarla en serie, para lo que sería necesario reducir su inmenso tamaño actual de casi un metro cuadrado. El objetivo es poder comercializarla para los sectores público y privado y proporcionar el máximo de utilidades posibles: investigar sobre los efectos del láser en la fabricación de pequeñas piezas para automóviles, la creación de semiconductores y también en el campo de la medicina.


Cámara Photron Fastcam SA 1.1, una variante que alcanza los 675.000 fps. Fuente: Universidad de Rhode Island

Podemos encontrar en el mercado una amplia variedad de cámaras profesionales capaces de grabar a velocidades espectaculares. Una de las mejores dentro de la gama media-baja industrial es la Photron Fastcam SA-X, de fabricación estadounidense. Un dispositivo con forma de caja que alcanza los 10.000 fotogramas por segundo a una resolución de 1024 x 1024 pixeles (54.000 fps a 512 x 256 px). Evidentemente es una cámara de uso industrial: análisis de propiedades de los materiales, ensayos de impacto, estudios de deflagraciones y explosivos, balística, mecánica de fluidos y un largo etcétera.

La Photron SA-X posee 64 GB de RAM, llega hasta un valor ISO DE 25.000 y ofrece un rango dinámico impresionante. Eso sí, un juguete en comparación con la nueva STAMP, que esperemos nos ofrezca grandes momentos para la historia de la ciencia.

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