Новый вид микроскопа объединил видеозаписи с десятков камер
Новый вид микроскопа, который объединяет видеозаписи с десятков небольших камер, может предоставить исследователям 3D-изображения их экспериментов. Независимо от того, записывает ли устройство 3D-фильмы о десятках свободно плавающих рыбок данио или о брачной активности плодовых мушек с детализацией почти на клеточном уровне в очень широком поле зрения, оно открывает новые возможности для исследователей по всему миру.
Объединение видеозаписей с десятков камер обеспечивает уникальное 3D-изображение экспериментов с микроскопическими деталями.
Когда двое аспирантов сделали первый снимок с помощью своего собранного из множества деталей микроскопа, он получился лучше, чем они надеялись. Затем их коллеги, изучающие рыбок данио, впервые использовали его и были поражены. Новое оборудование сразу выявило новые особенности поведения, рассказал Рорк Хорстмейер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Дюкского университета.
На следующий день двое аспирантов продемонстрировали принцип работы устройства на детской книге-головоломке. Объединив 24 камеры смартфонов на единой платформе и сшив их изображения вместе, они создали единую камеру, способную делать гигапиксельные снимки на площади размером с лист бумаги.
Спустя шесть лет доработок исследователи сделали неожиданное открытие. Усовершенствование процесса одновременного соединения десятков отдельных камер с субпиксельным разрешением позволило им также видеть высоту объектов.
— Рорк Хорстмейер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Дюкского университета.
В статье, опубликованной онлайн в журнале Nature Photonics («Фотоника природы»), Хорстмейер с коллегами описали возможности своего изобретения Multi Camera Array Microscope (MCAM), то есть «Многокамерный матричный микроскоп». Последняя версия MCAM включает 54 объектива с более высокой скоростью и разрешением, чем прототип.
Однако параллельная конструкция MCAM создает новые проблемы с обработкой данных, поскольку запись продолжительностью в несколько минут — это более терабайта данных.
— Кевин Чжоу, научный сотрудник лаборатории Хорстмейера и ведущий автор статьи.
Хорстмейер добавил, что помимо отслеживания сообществ мелких животных, оборудование также позволит проводить более масштабные автоматические параллельные исследования. Например, микроскоп может наблюдать за планшетом с 384 лунками, заполненными различными органоидами, для тестирования фармацевтических реакций. При этом он будет регистрировать клеточные реакции в каждой лунке и по отдельности отмечать любые интересные результаты.
Вместе с соавтором Марком Харфушем, который был вдохновителем их первого изображения, Хорстмейер основал стартап-компанию Ramona Optics для выхода на рынок. Один из первых клиентов, MIRA Imaging, использует технологию для фиксации уникальных черт произведений изобразительного искусства, предметов коллекционирования и роскоши для защиты от подделки и мошенничества.
Объединение видеозаписей с десятков камер обеспечивает уникальное 3D-изображение экспериментов с микроскопическими деталями.
Когда двое аспирантов сделали первый снимок с помощью своего собранного из множества деталей микроскопа, он получился лучше, чем они надеялись. Затем их коллеги, изучающие рыбок данио, впервые использовали его и были поражены. Новое оборудование сразу выявило новые особенности поведения, рассказал Рорк Хорстмейер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Дюкского университета.
На следующий день двое аспирантов продемонстрировали принцип работы устройства на детской книге-головоломке. Объединив 24 камеры смартфонов на единой платформе и сшив их изображения вместе, они создали единую камеру, способную делать гигапиксельные снимки на площади размером с лист бумаги.
Спустя шесть лет доработок исследователи сделали неожиданное открытие. Усовершенствование процесса одновременного соединения десятков отдельных камер с субпиксельным разрешением позволило им также видеть высоту объектов.
Это похоже на человеческое зрение. Если вы объединяете несколько точек обзора вместе, как это делают ваши два глаза, то видите объекты под разными углами
— Рорк Хорстмейер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Дюкского университета.
В статье, опубликованной онлайн в журнале Nature Photonics («Фотоника природы»), Хорстмейер с коллегами описали возможности своего изобретения Multi Camera Array Microscope (MCAM), то есть «Многокамерный матричный микроскоп». Последняя версия MCAM включает 54 объектива с более высокой скоростью и разрешением, чем прототип.
Однако параллельная конструкция MCAM создает новые проблемы с обработкой данных, поскольку запись продолжительностью в несколько минут — это более терабайта данных.
Мы разработали новые алгоритмы, которые могут эффективно обрабатывать эти чрезвычайно большие видеоданные. Наши алгоритмы сочетают физику с машинным обучением, чтобы объединить видеопотоки со всех камер и восстановить 3D-поведенческую информацию в пространстве и времени. Мы разместили открытый исходный код на GitHub, чтобы его мог попробовать каждый
— Кевин Чжоу, научный сотрудник лаборатории Хорстмейера и ведущий автор статьи.
Хорстмейер добавил, что помимо отслеживания сообществ мелких животных, оборудование также позволит проводить более масштабные автоматические параллельные исследования. Например, микроскоп может наблюдать за планшетом с 384 лунками, заполненными различными органоидами, для тестирования фармацевтических реакций. При этом он будет регистрировать клеточные реакции в каждой лунке и по отдельности отмечать любые интересные результаты.
Вместе с соавтором Марком Харфушем, который был вдохновителем их первого изображения, Хорстмейер основал стартап-компанию Ramona Optics для выхода на рынок. Один из первых клиентов, MIRA Imaging, использует технологию для фиксации уникальных черт произведений изобразительного искусства, предметов коллекционирования и роскоши для защиты от подделки и мошенничества.
- Дмитрий Ладыгин
- youtu.be/CtE3uNrc2o0
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Куда делась атомная бомба Гитлера? Физики увидели то, что упустили историки
Ученые подчеркивают: многие из громких мифов 1940-е годов, скорее всего, не выдержат проверки реальными фактами...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Самая известная мумия Южной Америки снова «заговорила»: последние ее месяцы были очень мрачными
Археологи говорят: именно на этой жестокой практике держалась вся империя инков...
В морском льду Антарктиды протаяла дыра площадью с Португалию. Теперь ученые знают, почему
Эксперты говорят: сбой ледового ритма опасен для Мирового океана и планеты в целом...
Что будет с Азовским морем? Российские ученые просчитали четыре варианта развития событий
Исследователи объяснили, почему при любом раскладе море не будет прежним. Но каким тогда?...
За 320 миллионов лет Земля как минимум 4 раза опрокидывалась набок
Поразительное, но такое заваливание идет прямо сейчас. И геологи рассказали, как и почему это происходит...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Он помогал нести крест Христу: надпись на саркофаге проливает свет на библейского персонажа
2000-летний гроб был найден еще 1941 году, но ученые до сих пор не пришли к какому-то общему мнению. Почему?...
40 000-летний подводный город нашли в Турции: почему официальная наука против такой даты?
Интересно, что древний объект находится недалеко от горы Арарат, где прямо сейчас ищут легендарный Ноев ковчег...
Раскрыта 217-летняя тайна: искусственный интеллект взломал зашифрованное письмо Наполеона
Нейросети последних лет — это реальный прорыв: только за несколько недель было вскрыто более 30 безнадежных шифров...
Что случится с Сибирью к 2080 году: прогноз красноярских ученых и эксперта NASA
Арбузы вместо мерзлоты, большая ложка дегтя и открытый финал — в одном из самых обстоятельных исследований о будущем России...
Кита лечили тем, от чего обычно умирают: этот эксперимент изменил медицину
Одиннадцатилетняя белуха угасала от неизлечимой болезни, и тогда ученые пошли на рискованные опыты...
Искусственная гравитация: ученые рассказали, появится ли вообще главная фишка из фантастических фильмов в космосе
Космические инженеры знают три способа обмануть невесомость. Но пока рабочий из них только один, да и то есть нюансы...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...