La cámara más rápida del mundo

Un equipo de científicos estadounidenses ha diseñado una cámara que no tiene parangón en cuanto a la extrema velocidad que es capaz de captar imágenes. El aparato puede capturar 6 millones de imágenes por segundo de modo continuo, rendimiento que le procura unas prestaciones a un nivel nunca visto hasta la fecha.  No se trata de una máquina para retratar a la familia durante las vacaciones. Su uso está destinado a investigación científica y estudios microscópicos.

No pienses en esta cámara como si fuera una reflex de toda la vida. Si ya te estabas frotando las manos esperando comprar lo último en “megapixel” para retratar las efemérides de la familia en tiempos de ocio, te equivocas. Más bien hablamos de un aparato muy avanzado que utiliza pulsos rápidos de láser disperso en el espacio, estirado en el tiempo y detectado electrónicamente. Y, a diferencia de las cámaras digitales actuales que usan millones de sensores, esta máquina sólo utiliza uno. Puede registrar imágenes de una duración de menos de la mitad de una milmillonésima de segundo y para conseguir este record se basa en un nuevo sistema llamado STEAM (Serial Time-Encoded Amplified imaging). Se disparan unos pulsos de láser de muy corta duración (millonésima de una millonésima de segundo) que contienen una gama muy amplia de colores. Dos elementos ópticos propagan los pulsos de láser a una matriz bidimensional ordenada de colores.

Es este “arco iris bidimensional” el que ilumina las muestras individuales. Parte del arco iris es reflejado por la muestra -dependiendo de las áreas claras y oscuras del punto iluminado- y las reflexiones se desplazan, de regreso, a lo largo de su ruta inicial. Como la propagación de los diversos colores del pulso es tan regular y ordenada, la gama de colores reflejados contiene información espacial detallada sobre la muestra. El pulso vuelve a pasar por el sistema óptico dispersivo y se convierte una vez más en un punto de luz, con la imagen almacenada en una serie de colores distribuidos. Sin embargo, ese espectro de colores se mezcla en un pulso de luz excepcionalmente corto que sería imposible de deshacer con los métodos electrónicos tradicionales.

¿Cómo salva este impedimento esta cámara? El equipo dirige el pulso hacia una fibra dispersiva, que consiste en un cable de fibra óptica con diferentes límites de velocidad para diversos colores de la luz.  Como resultado, la parte roja del espectro avanza por delante de la parte azul mientras que el pulso se desplaza por la fibra. La parte roja y la parte azul se separan en la fibra y llegan al final de ésta en momentos muy diferentes. Todo lo queda por hacer es detectar la luz cuando sale de la fibra, con un fotodiodo estándar, y digitalizarla, asignando a diversos puntos del espacio bidimensional las partes del pulso que llegan en diferentes momentos. El resultado de todo este truco óptico es una imagen que representa una foto de apenas la 440 trillonésima parte de un segundo.

Sin embargo, el equipo de científicos afirma que es posible mejorar los 6 millones de fotos por segundo, hasta la increíble cifra de 10 millones por segundo. “Nuestro paso siguiente será tratar de mejorar la resolución espacial, de manera que podamos tomar fotos absolutamente claras de la estructura interna de las células“, le dijo el profesor Bahram Jalali de la Universidad de California en Los Ángeles, quien dirigió la investigación.

Las aplicaciones de esta cámara pueden llegar a ser muy valiosas pues permiten observar eventos tan difíciles de captar como la comunicación entre las células o la actividad de las neuronas. Un buen ejemplo de sus aplicaciones podría ser el análisis de muestras de sangre en circulación. La captura de imágenes de células individuales en un volumen de sangre es imposible con las cámaras actuales, pues se debe se toma una pequeña muestra escogida al azar y se retratan manualmente esas pocas células mediante un microscopio. “¿Pero qué pasa si uno tiene que detectar la presencia de células muy raras que, aunque sean poco numerosas, indiquen las etapas iniciales de una enfermedad?“, se pregunta Keisuke Goda, uno de los autores del estudio.

Como precursoras de la metástasis, pueden ser sólo unas pocas entre miles de millones de células sanas .Goda explica que las células en circulación de un tumor representan una muestra de lo que podría ser una buena aplicación de la cámara ultrarrápida. “La probabilidad de que una de estas células esté en la pequeña muestra de sangre observada a través de un microscopio es virtualmente insignificante“, dijo. Pero con la cámara STEAM, las células, aunque sea en circulación, se pueden fotografiar individualmente.

Así que olvidaros de fotografiar las poses de la suegra en los cumpleaños de los nietos. Con esta cámara la ciencia acaba de encontrar un poderoso aliado. Seguro que pronto nos encontramos con descubrimientos increíbles gracias a sus rapidísimos pulsos láser.