Протяни руку прямо сейчас и коснись всего вокруг себя. Будь то поверхность вашего стола, клавиша на клавиатуре или шерсть вашей собаки, вы чувствовали это в тот момент, когда ваш палец касался его. Или нет?
На самом деле вашему мозгу требуется некоторое время, чтобы зарегистрировать ощущение кончика пальца. Тем не менее, это все равно происходит очень быстро: сенсорный сигнал проходит по вашим нервам со скоростью более 300 км/ч. На самом деле, некоторые нервные сигналы еще быстрее, приближаясь к скорости 1000 км/ч.
Ученые из Калифорнийского технологического института только что разработали новую сверхбыструю камеру, которая может делать снимки этих импульсов, когда они проходят через нервные клетки. Мало того, камера также может снимать видео других невероятно быстрых явлений, таких как распространение электромагнитных импульсов в электронике.
Технология камеры, известная как дифференциально улучшенная сжатая сверхбыстрая фотография (Diff-CUP), была разработана в лаборатории Лихонга Вана. Diff-CUP работает аналогично другим системам CUP Вана, которые, как было показано, способны захватывать изображения лазерных импульсов, движущихся со скоростью света, и записывать видео со скоростью 70 триллионов кадров в секунду.
Начиная с той же технологии высокоскоростной камеры, что и в других системах CUP, Diff-CUP сочетает ее с устройством, называемым интерферометром Маха-Цендера. Интерферометр отображает объекты и материалы, сначала разделяя луч лазерного света на две части, пропуская только один из расщепленных лучей через объект, а затем рекомбинируя лучи. Поскольку на световые волны влияют объекты, через которые они проходят, а разные материалы воздействуют на них по-разному, луч, проходящий через отображаемый материал, будет иметь свои волны, рассинхронизированные с волнами другого луча. Когда лучи рекомбинируются, рассинхронизированные волны интерферируют друг с другом (отсюда и «интерферометр») в шаблонах, которые раскрывают информацию об отображаемом объекте.
Несмотря на то, что вы не можете увидеть электрический импульс, проходящий через нервную клетку, своими глазами или даже с помощью обычного светового микроскопа, этот тип интерферометрии может его обнаружить (между прочим, тот же самый базовый метод используется LIGO для обнаружения гравитационных волн). Таким образом, интерферометр Маха-Цендера позволяет визуализировать эти импульсы, а камера CUP захватывает изображения с невероятно высокой частотой кадров.
Исследовательская группа Вана также сделала фотографии распространения электромагнитных импульсов (ЭМИ). В некоторых материалах они могут двигаться почти со скоростью света. В данном случае они пропускали электромагнитные импульсы через кристалл ниобата лития, соли, обладающей уникальными оптическими и электрическими свойствами. Несмотря на чрезвычайно высокую скорость, с которой ЭМИ проходит через этот материал, камера смогла четко его отобразить.