Nanoscopía virtual y femto-fotografía

Luz en movimiento

La ciencia cada vez se adentra más en el Universo en busca de las unidades discretas de tiempo y espacio. Este es un cliché, un lugar común. Pero en los últimos años se han visto, en la práctica, tecnologías con un alcance que bien puede describirse como alucinante. La nanoscopía virtual y la femto-fotografía son dos nuevas tecnologías en el campo de la, la microscopía y la fotografía ultra rápida. La nanoscopía permite que un ser vivo sea explorado a la manera que Google Earth nos deja viajar por el mundo, solo que a nivel sub-celular. Con la femto-fotografía se han logrado observar paquetes de fotones en movimiento, a un billón de cuadros por segundo (no mil millones sino 1012).

Nanoscopía virtual

La microscopía en el campo de la biología celular ha avanzado mucho desde Micrographia, la obra escrita e ilustrada por Robert Hooke (el primero en utilizar la palabra célula en un trabajo de biología) y publicada en 1665.

Ilustración antigua de células

Pero con todos sus avances, la microscopía siempre estuvo limitada por un muy reducido campo de visión de unos cuantos micrones cuadrados. La nanoscopía ha roto esa barrera y ha hecho posible observar componentes celulares en el contexto de una célula, un tejido o un organismo completo. Antes, la longitud de onda de la luz impedía que microscopios ópticos tuvieran una resolución más fina que 200 nanómetros. En 2006 se dejó atrás el dogma de la longitud de onda mediante el uso de tinturas fluorescentes y la transferencia de moléculas de un estado excitado de energía oscuro a uno brillante (dependiendo de su fluorescencia). Con la nueva resolución de agudeza espacial, y el bordado informático de miles de imágenes individuales, es posible ver un organismo completo en nuestra pantalla y dar zoom hasta encontrarnos frente al núcleo de una de sus células. La visualización de especímenes a una resolución de unos cuantos nanómetros pero a una escala milimétrica. 281 giga-pixeles constituyen la imagen de un plano de un corte longitudinal de este embrión de pez cebra, que sólo mide 1.5 mm. La imagen pertenece al Dataviewer (explorador de datos) de la Revista de Biología Celular (Journal of Cell Biology o JCB) de la Universidad Rockefeller. Véalo usted mismo: He aquí un pez navegable 

Embrión de pez

 

Femto-fotografía

Doc Edgerton fue profesor de ingeniería eléctrica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), aunque su fama se la debe a su uso del estroboscopio en el campo de la fotografía a mediados del siglo pasado. Inventó la cámara Rapatonic de acción rápida y capturó tanto globos de agua recién reventados como explosiones nucleares a milisegundos de la ignición. De Edgerton es esta imagen emblemática de una bala atravesando una manzana.

Bala atravesando una manzana

El heredero de Doc Edgerton es Ramesh Raskar, también del MIT, quien presentó su trabajo el mes de julio en una charla TED: una cámara con la capacidad de grabar imágenes a velocidades ultra altas, a un billón de cuadros por segundo. A estás velocidades, la bala de la foto de Edgerton es sustituida por luz, paquetes de fotones que se desplazan desde su origen y rebotan en diferentes superficies. El tiempo de exposición de algunas imágenes es tan corto que, dice el equipo de Rashkar, la luz atraviesa un espacio de tan sólo 0.6 milímetros en cada cuadro. El ser humano no distingue más de entre 70 y 120 cuadros por segundo así que para ver todo el video de la bala atravesando la manzana grabado a velocidades femto (un millón de veces más rápido que la bala) necesitaríamos un año de nuestro tiempo. Hacia el final de la charla podemos distinguir efectos extraños que por estar tan cercanos a la velocidad de la luz, nos dice Rashkar, "ver estas imágenes hubiera fascinado a Einstein".

Cabe subrayar que las futuras aplicaciones de estas tecnologías emergentes todavía no están bien definidas. La nanoscopía virtual quizá domine el campo de la imagenología en unos años pero la femto-fotografía tiene, en la actualidad, usos prácticos muy restringidos. Ramesh Raskar ha puesto los materiales de su estudio y procedimientos al alcance de todos en el internet para que otros centros u otras personas le den nuevas aplicaciones.

La nanoscopía virtual y la femto-fotografía son tan sólo dos ejemplos de tecnologías emergentes que destruyen antiguos límites. Hay otros ejemplos que quizá merezcan sus propios apartados, como el uso reciente de ADN como unidad biológica de almacenamiento. El 17 de agosto se anunció que bioingenieros del Instituto Wyss de Harvard habían introducido con éxito 5.5 petabits de datos (5.515 bits o unos 700 terabytes)  en un solo gramo de ADN, gracias a su enorme densidad. El equivalente de 14 mil discos Blu-ray de información en una gota.

Estos son algunos de los prefijos del Sistema Internacional debajo de la unidad:

  • 10−1          Deci
  • 10−2          Centi
  • 10−3          Mili
  • 10−6          Micro
  • 10−9          Nano
  • 10−12        Pico
  • 10−15        Femto
  • 10−18        Atto

 

Autor: IEH

Fuentes:

Charla TED de Ramesh Raskar

De la microscopía a la nanoscopía

El JCB DataViewer aumenta su escala

281 gigapixeles para representar un animal entero a nivel celular

Harvard descifra el almacenamiento en ADN, encaja 700 TB de información en un solo gramo

Otro video de femto-fotografía