فیزیک

چگونه آنطرف دیوار را ببینیم؟

توانایی ما برای دیدن آنچه پشت یک دیوار قرار دارد، به خصوص در جاهای خطرناک و غیر قابل دسترس و یا آلوده ارزش بالایی دارد. دانشمندان دانشگاه ام.آی. تی در کمبریج آمریکا توانسته اند راه حلی برای این موضوع پیدا کنند.

آنها برای اینکار یک پرتو لیزری کوتاه را روی دیوار متقابلی که جسم بین آن دیوار و دیوار مقابل آن که جسم را از ما پنهان کرده است می‌فرستند. سپس مدت زمانی که نور پراکنده شده به دوربین برگشت می‌کند را ثبت می‌کنند. در این شیوه فوتان ها برای بار اول  به دیوارِ دورتر ولی روبروی دوربین خورده، پراکنده و منعکس می‌شوند. سپس به جسم مخفی که پشت دیوار نزدیکتر به دوربین (و جسم پشت آن مخفی است) خورده و دوباره پراکنده شده و منعکس می‌شوند. پس از این همه انعکاس و پراکندگی قسمت اندکی از نور دوباره به دوربین خواهد رسید، البته با تفاوتهای زمانی مختلفی. همین تفاوت زمانی کلید پیدا کردن جسم پشت دیوار است. موقعیت این پرتو 50 فمتوثانیه‌یی (1/50 کوادرلیون یک ثانیه – هر کوادرلیون 10 به طاقت/توان 15 است) را 60 مرتبه تغییر می‌دهند تا جسم پشت دیوار را از نقاط مختلفی دید بزنند و برداشت بهتری داشته باشند.

رامش رسکار، رییس گروه پژوهش فرهنگ دوربین‌ها در دانشگاه ماساچوست، می‌گوید “همگان با انعکاس صدا آشنایی دارند، ولی ما می‌توانیم از انعکاس نور نیز بهره ببریم”.

یک دوربین ساده فقط می‌تواند اجسامی که بصورت مستقیم روبروی آن قرار دارند را ببیند. نوری که از پشت چنین اجسامی به دوربین می‌رسد به دلیل انعکاس های متوالی بسیار ضعیف است و داده‌های مفیدی برای دوربین عادی ندارد. دستگاه جدید چنین محدودیتی ندارد و می‌تواند بر این مشکل چیره شود. دوربین جدید قادر است سرعت بالا و مدت زمانی که هر فوتان سفر کرده است را ثبت کند. این داده‌ها سپس با الگوریتمی که برای بازسازی جسم توسط اقای اندرس ولتن تهیه شده است رمزگشایی می‌شوند.

 

بهره گیری از انعکاس

اکثر دوربین های فوق سرعت برای مقابله با مشکل انعکاسِ نور فقط از اولین فوتانی که به لنز می‌رسد استفاده می‌کنند. آقای رسکار می‌گوید که تفاوت کار ما در اینست که ما از این انعکاس نور و مدت زمان متفاوت رسیدن فوتانها به لنز بهره می‌جوییم. 

عنوان فوق سرعت واقعن/واقعاً برازنده‌ی این دوربین است. این دوربین می‌تواند در هر 2 پیکو ثانیه یک عکس بگیرد. این مدت زمانی است که نور می‌تواند 0.6 میلی‌متر سفر کند. برای همین این دوربین قادر است فاصله‌یی را که هر فوتان سفر کرده است را با دقتی زیر 1 میلی‌متر ثبت نماید.

یکی از مشکلات طراحی این دوربین وجود فوتان‌هایی بود که طول سفر برابری داشتند و به یک زمان به دوربین رسیده اند در حالیکه به نقاط مختلفی از جسم برخورد کرده اند.

کامپیوتر با استفاده از عکسبرداری ها مختلف بر این مشکل غلبه می‌کند. در این روش عکس هایی که از موقعیت های مختلفی گرفته شده است با هم مقایسه می‌شوند و نقاطی که احتمال بالاتری دارند انتخاب می‌شوند. هر چند فوتان‌هایی که به نقاط مختلف جسم مخفی خورده اند می‌توانند مشابه باشند ولی فاصله آنها در یک عکسبرداری دیگر متفاوت خواهد بود. آقای راسکر توضیح می‌دهد که “تکنیک/تخنیک محاسباتی همانند محاسبه توموگرافی است که در عکسبرداری اشعه‌ی اکس/ایکسی یا کت اسکن استفاده می‌شود”.

در حال حاضر این شیوه چندین دقیقه وقت می‌گیرد ولی پژوهشگران امیدوارند که طول این کار را به کمتر از 10 ثانیه کاهش دهند.

 

برای درک بهتر این ویدیو را ببینید: 

httpv://www.youtube.com/watch?v=JWDocXPy-iQ

 

picosecond= 10−12 of a second. 

femtosecond: 10-15 of a second

 

 

پیوند: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-to-see-around-corners

نشر اصلی: مجله نیچر 

نظری بدهید