211service.com
Het onzichtbare zichtbaar maken: materie, methoden en geesten
Geleverd door Lemelson-MIT-programma
Het uitvinden van de toekomst begint met het bedenken van het onmogelijke. Het vermogen om door mist te rijden alsof het een zonnige dag is, of een boek te lezen zonder het te openen, lijkt misschien vergezocht. Kun je je technologie voorstellen die circulerende tumorcellen detecteert met een apparaat dat lijkt op een bloeddrukmanchet? Dergelijke innovaties lijken misschien verder te gaan dan ons huidige vermogen, maar in mijn Camera Cultuur Groep bij het MIT Media Lab zijn deze en andere uitvindingen goed op weg.
De onmogelijke foto's van morgen worden niet opgenomen; ze worden berekend.
Dergelijke vorderingen vertegenwoordigen meer dan alleen fascinerende wetenschap; ze kunnen wereldwijde gevolgen hebben en belangrijke, praktische toepassingen in het dagelijks leven hebben. Het is niet vergezocht om te denken dat elektronische apparaten voor consumenten binnenkort technologieën zullen bevatten waarmee gebruikers door mist - en zelfs muren - en om hoeken kunnen kijken. Bovendien zullen deze innovaties de biomedische technologie, zoek- en reddingsoperaties en beeldvorming in gevaarlijke situaties aanzienlijk verbeteren.
Het onzichtbare zichtbaar maken
De uitvinding van röntgenbeeldvorming stelde ons in staat om in ons lichaam te kijken. De uitvinding van thermische infraroodbeeldvorming stelde ons in staat om warmte af te beelden. Dus de laatste paar eeuwen was de belangrijkste truc om het onzichtbare zichtbaar te maken, het opnemen met een nieuw stukje elektromagnetisch spectrum. Maar de onmogelijke foto's van morgen zullen dat niet zijn opgenomen; ze zullen zijn berekend. Dienovereenkomstig hebben we nu een co-ontwerp nodig van nieuwe imaging-hardware en computationele algoritmen.
Bijvoorbeeld in september 2015 bij het Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) Wait, What? Future Technology Forum, ik heb een lezing gehouden met de titel Extreme computationele fotografie, waarin ons nieuwste werk werd getoond. Femtofotografie, een vakgebied dat is ontwikkeld door mijn onderzoeksgroep, maakt gebruik van een hogesnelheidscamera waarmee we de wereld kunnen visualiseren met bijna een biljoen frames per seconde, zodat we slow motion-films van licht tijdens de vlucht kunnen maken - en onmogelijke foto's kunnen maken met verstrooid licht.
Video: onzichtbaar zichtbaar maken - materie, methoden, geesten: MIT Media Lab, Camera Culture Group
Normaal gesproken registreren camera's wat zich in de directe gezichtslijn bevindt, met behulp van direct licht. Mist of weefsel of kamerhoeken creëren echter verstrooid licht dat het object van interesse verduistert. De wetenschappelijke gemeenschap bestudeert al tientallen jaren verstrooid licht, maar mijn groep besloot een stap verder te gaan. Een complicatie bij het onderzoeken van verstrooid licht is dat de ruis het signaal domineert. Maar van één persoon lawaai is van iemand anders signaal . Dus de vraag wordt: hoe kunnen we verstrooid licht benutten om meer informatie te krijgen over de scènes die we onderzoeken?
Laten we beginnen met te zien wat er om een hoek is. Een laserpuls van licht, die minder dan een biljoenste van een seconde duurt, flitst door de lucht en explodeert tegen een muur, waarbij fotonen door de kamer worden verspreid. Een klein aantal van deze fotonen keert terug naar het beginpunt en wordt verzameld door een femto-camera met een snelheid die overeenkomt met ongeveer een half biljoen frames per seconde.
Door het verstrooide licht met een hoge resolutie vast te leggen en te analyseren, kunnen we: een 3D-afbeelding maken van het object dat om de hoek en uit het zicht is. Dit idee van beeldvorming met verstrooid licht maakt ook deel uit van het ambitieuze nieuwe DARPA-programma Revolutionary Enhancement of Visibility by Exploiting Active Light-fields ( ONTHULLEN ), geleid door Predrag Milojkovic , programmamanager voor DARPA's Defense Sciences Office. Verstrooid licht kan ons helpen een beeld te schetsen van wat buiten ons gezichtsveld ligt. Met behulp van fluorescerende levenslange beeldvorming ( FLIM ) technieken, zoals aangetoond door MIT-promovendus en Camera Culture Group-onderzoeker Guy Satat en anderen, kunnen we ook kankertumoren detecteren die verborgen zijn in diep weefsel, waardoor röntgenfoto's en biopsieën mogelijk niet meer nodig zijn. Ultrasnelle beeldvorming kan het intensiteitsverval of de levensduur meten van fluoroforen die tumorcellen taggen. Wat nog belangrijker is, is dat het fluorescente levensduurverval kan onderscheiden van door verstrooiing geïnduceerd verval in weefsel.
Ons team onderzoekt manieren om tijdsopgeloste metingen te gebruiken om beelden te maken door dikke en sterk verstrooiende materialen, met het oog op belangrijke toepassingen in biomedische beeldvorming, subdermale diagnose en tandheelkundige beeldvorming.
We verbeteren REDX, ons peer-to-peer platform voor jonge innovators. We hopen dat andere entiteiten ook zullen investeren, waardoor het voor meer jonge mensen mogelijk wordt om leerpaden voor uitvindingen te volgen, waardoor ze vroeg kunnen beginnen - zoals ik deed op 10-jarige leeftijd.
Als we terahertz-beeldvorming aan de mix toevoegen, kunnen we door andere materialen gaan kijken, zoals papier. Ons team heeft een manier gevonden om time-of-flight terahertz-spectroscopie-beeldvorming te gebruiken om de pagina's van een ongeopend boek . Tijdsdomein terahertz-spectroscopie maakt gebruik van pulsen zoals radar en ultrageluid, en geeft ons informatie over de diepte en het bereik van de pagina's door de echo van terahertz-pulsen te meten. Bovendien stelt het verschil in reflectiviteit tussen blanco papier en geïnkt papier ons in staat om de inhoud van elke pagina te herstellen door de verdeling van pulsen over het gereconstrueerde oppervlak van de pagina in kaart te brengen.
Nog een prototype bevat radiofrequentietechnologie (RF) om vormen te onthullen die zich aan de andere kant van een muur bevinden. RF kaatst echter terug op objecten ter grootte van een mens alsof die objecten van spiegels zijn gemaakt. We kunnen dus geen volledige 3D-vormen maken van een enkele zender en ontvanger. Maar door meerdere RF-frequenties en zenders te combineren, verlichten we de scène achter de muur. We kijken naar de gereflecteerde RF-energie in het tijdsdomein om blobby 3D-vormen te berekenen.
Jonge mensen helpen om creatief te zijn
Bij MIT maken we het onzichtbare zichtbaar. Maar we zijn ook gepassioneerd om onzichtbare problemen aan het licht te brengen - en talent zichtbaar te maken - wereldwijd.
Bij het nadenken over de toekomst moeten we ons afvragen: hoe ver kunnen we gaan? en wiens verbeelding zal ons daarheen brengen? De geneugten en voldoening die mijn collega's en ik ervaren bij het ontwikkelen van uitvindingen en nieuwe mogelijkheden zoals hierboven beschreven - en de daaruit voortvloeiende voordelen die miljarden mensen in nood kunnen opleveren - kunnen door jonge mensen op elk moment worden ervaren als onderdeel van hun dagelijks leven, iedere plaats. Uitvinders hoeven geen bepaalde leeftijd te hebben of verbonden te zijn aan universiteiten om technologische oplossingen te creëren die het verschil maken. Dit is het moment om echte peer-to-peer-uitvindingen mogelijk te maken.
Om bij te dragen aan deze gewenste toekomst, zal ik de komende jaren een deel van het Lemelson-MIT Prize-geld investeren om de ontwikkeling van jonge uitvinders te ondersteunen. We verbeteren REDX (Rethinking Engineering Design Execution), ons peer-to-peer platform voor jonge innovators. We hopen dat andere entiteiten ook zullen investeren, waardoor het voor meer jonge mensen mogelijk wordt om leerpaden voor uitvindingen te volgen, waardoor ze vroeg kunnen beginnen - zoals ik deed op 10-jarige leeftijd.
De REDX-filosofie draait om een spot/probe/grow/launch-model. De eerste stap is spotten het juiste probleem om samen met experts en stakeholders aan te werken. Dit is een proces dat uit meerdere fasen bestaat en de beschikbare middelen en dringende problemen analyseert. Latere fasen omvatten: indringend de oplossing, groeiend adoptie en lancering het prototype.
De REDX-filosofie heeft zes co-innovatiehubs beïnvloed, waaronder: REDX Mumbai , LVP MITRA (Hyderabad, India), Medhacker (São Paulo, Brazilië), REDX Kumbathon en DISQ Center (beide in Nashik, India), en de Opkomende Werelden Special Interest Group bij het MIT Media Lab. Ik open het REDX-playbook voor iedereen, zodat iedereen zich kan aanmelden om een REDX co-innovatielab of een club te starten. ik beschouw dit als een omgedraaid durfkapitaalmodel voor het vertalen van uitvindingen naar oplossingen met echte impact.
Fast forward 10 jaar in de toekomst. Stel je een wereld voor waarin jonge mede-uitvinders over de hele wereld actief betrokken zijn bij het gebruik van online/offline samenwerking, onderzoeksgegevens, innovatieve, op burgers gebaseerde technologieën en denkwijzen zoals uitvinders om dringende uitdagingen aan te pakken en bestaande oplossingen over te slaan. Dit is een toekomst waarin grote geesten zich bezighouden met het spotten van behoeften, het onderzoeken van oplossingen, het ontwikkelen van prototypen en het op schaal inzetten ervan - uiteindelijk het verbeteren van levens.
Ramesh Raskar is de winnaar van 2016 van de $ 500.000 Lemelson-MIT-prijs , die uitvinders uit het midden van hun carrière eert die zich inzetten voor het verbeteren van de wereld door middel van uitstekende technologische uitvindingen. Hij is directeur van de Cameracultuur onderzoeksgroep aan het MIT Media Lab en universitair hoofddocent Media, Arts and Sciences aan het MIT. NAAR pionier in vision-technologieën en sociale innovatie, hij heeft meer dan 75 patenten en ontving talloze onderscheidingen voor zijn werk. Hij is van plan een deel van het geld van de Lemelson-MIT-prijs te gebruiken om de REDX peer-to-peer platform voor jonge uitvinders. Raskar behaalde een bachelor in elektronica en telecommunicatie aan het Government College of Engineering in India en een doctoraat in computerwetenschappen aan de University of North Carolina in Chapel Hill.
