Hiện nay, camera điện thoại tốt nhất mới chỉ chụp được gần 1000 khung hình/giây ở chế độ slow motion (quay chậm), trong khi các hệ thống chuyên dụng (dùng trong công nghiệp, thương mại, nghiên cứu có thể đạt tốc độ khoảng vài ngàn khung hình/giây.

Nhưng tất cả đều phải mờ nhạt khi đem so sánh với kỷ lục mới của máy ảnh nhanh nhất thế giới. 70 ngàn tỷ (trillion) khung hình/giây thực sự là một con số đáng kinh ngạc, thậm chí đủ nhanh để nắm bắt được cả hình ảnh chuyển động của sóng ánh sáng.

.

Nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang chạy đua phát triển công nghệ chụp hình siêu nhanh, siêu nhạy, và kỷ lục thế giới mới đã thuộc về giải pháp CUSP của Caltech.

Đó là công nghệ do Caltech phát triển, được gọi bằng cái tên “giải pháp chụp ảnh quang phổ nén siêu nhanh” (CUSP). Cũng như những gì mà chúng ta mong đợi từ tốc độ phi thường của nó, loại camera này không hoạt động giống với bất kỳ máy ảnh thông thường nào. Về nguyên tắc, nó sẽ sử dụng các xung laser cực ngắn, mỗi xung chỉ tồn tại trong khoảng 10-15 giây (femtosecond). Một hệ thống phân tích quang học đặc biệt sẽ tách những xung này thành các ánh chớp (flash) ngắn hơn. Mỗi xung sau đó sẽ đập vào một cảm biến chuyên dụng trong máy ảnh để tạo thành hình ảnh, và quá trình này diễn ra tới 70 nghìn tỷ lần trong một giây.

.
.

Sơ đồ diễn giải nguyên lý hoạt động của CUSP, có khả năng ghi lại được 70 ngàn tỷ khung hình/giây. Ảnh: Caltech.

Hệ thống CUSP được phát triển dựa trên một thành tựu trước đó của nhóm nghiên cứu do TS. Lihong Wang dẫn dắt. Năm 2014, phiên bản gốc mang tên “công nghệ chụp ảnh nén siêu nhanh” (CUP) đã đạt tốc độ tối đa 100 tỷ khung hình/giây. Đến năm 2018, nhóm đã rất nỗ lực để nâng con số này lên 10 nghìn tỷ khung hình bằng phiên bản cải tiến T-CUP. Còn bây giờ, khi đã đạt tốc độ nhanh hơn tới 7 lần, Wang cùng cộng sự tin rằng CUSP hoàn toàn có thể trở thành một trợ thủ đắc lực để thăm dò thế giới vật lý hạt cơ bản (với tốc độ cực nhanh), cũng như để chế tạo các thiết bị điện tử siêu nhỏ và siêu nhạy.

“Chúng tôi đang hình dung ra viễn cảnh về những ứng dụng trong rất nhiều hiện tượng diễn ra ở tốc độ cực nhanh, ví dụ: sự lan truyền sóng ánh sáng cực ngắn, phản ứng tổng hợp hạt nhân (hợp hạch), quan sát sự di chuyển của photon trong các đám mây và mô sinh học, hay quá trình phân rã huỳnh quang trong phân tử sinh học và vô vàn những thứ khác,” Wang hào hứng.

Nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới cũng đang sử dụng các công nghệ khác nhau để ghi lại những sự kiện thoáng qua này ở tốc độ cao. Chẳng hạn năm 2014, các nhà khoa học Nhật Bản đã ghi lại được hình ảnh chuyển động ở mức 4,4 nghìn tỷ khung hình/giây; trong khi một nhóm khác tại Thụy Điển đã đạt được 5 nghìn tỷ/giây vào năm 2017.

Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Communications.

Nguồn: