Atomların ve moleküllerin dünyası, bir insan gözünün görebileceğinin çok ötesinde küçüklüğe sahiptir. Bizler de bu dünyayı gözlemleyebilmek adına son derece yüksek çözünürlükte gözlemler yapmaya izin veren mikroskoplar geliştiriyoruz. Bu mikroskoplarla gözlem yapmak çok daha kolay olsa da burada da karşımıza hız sorunu çıkıyor. Moleküllerin dünyasında her şey çok hızlı, bu da gözlem yaparken büyük sorun çıkarıyor. Tokyo Üniversitesi’ndeki görevli araştırmacılar ise buna bir çözüm bulmuş görünüyor.
Yüksek hızlarda molekül yakalama
Japonya’da gerçekleştirilen bir araştırmada, moleküllerin hareketi 1600 fps hızında çekim yapabilen özel ağır çekim kamerasıyla kaydedilmiş. Normalde küçük nesneleri gözlemlerken kameranın çözünürlüğü olan “uzamsal çözünürlük” önemli bir yere sahiptir. Bu çözünürlük tipi, cihazın bir görseli kaç piksel yakalayabileceğini gösterir. Düz mantıkta daha fazla piksel, görüntünün de daha net olmasını sağlar. Bu taktik, duran bir nesne için geçerli olsa da hareketli nesnelerde yeni bir çözünürlük aralığı girer. “Zamansal çözünürlük” diyebileceğimiz bu tür de en az diğeri kadar önemlidir. Hızlı bir atomu çektiğiniz videoyu kaydederken, bir saniyede arka arkaya ne kadar çok fotoğraf yakalayabilirseniz video o kadar net olacaktır.
Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), gözlemciler için mükemmel derecede uzamsal çözünürlük sağlar, ancak atom parçacıkları saniyede yalnızca 16 kez yakalayabilir. Bu kadar az çekim yapmak, çok hızlı hareket eden molekülleri gözlemlememizin önüne geçer. Moleküllerin, saniyenin yüzde biri veya binde biri hızla hareket ettiği düşünülürse mikroskobun ne kadar yavaş kaldığını tahmin edebilirsiniz.
Burada devreye Doğrudan Elektron Algılama (DED) devreye giriyor. TEM’in yüksek uzamsal çözünürlüğünü zamansal çözünürlükle birleştiren DED, saniyede 1600 fotoğraf çekebiliyor. Bu da, mikroskobun normal kare hızından 100 kat daha fazla.
Gürültü sorunu oluşuyor
Bu ekipman molekülleri son derece yüksek hızlarda yakalayabiliyor olsa da önemli bir sorunu da beraberinde getiriyor: gürültü. Videoda oluşan gürültü, görüntüyü önemli ölçüde bozuyor. Araştırmacılar ise bunun üstesinden gelmek için videoyu özel algoritma kullanarak düzeltiyorlar.
Çalışmanın yazarı Kori Harano, “Yüksek fps yakalamak için yüksek hassasiyete sahip bir görüntüleme sensörüne ihtiyacınız var. Daha fazla hassasiyet ise beraberinde yüksek derece görsel gürültü getiriyor” şeklinde açıklama yaparak durumu özetliyor. “Bu durum elektronik mühendisliğinin bir gerçekliğidir. Gürültüyü telafi etmek ve daha fazla netlik elde etmek için, 'nedoising' adı verilen bir görüntü işleme tekniği kullandık.” diyen Harano “Farkına varmayabilirsiniz, ancak bu algoritma web videoların görüntü kalitesini artırmak için de kullanılıyor” dedi.
Görüntülenen molekül Fulleren
Eğer sizler de parazitlerle dolu olan GIF dosyasına bakarsanız, ortasında hareket eden cisimleri görebilirsiniz. İşte bu hareket, 60 karbon atomundan oluşan fulleren molekülüne ait. Gerçekleştirilen bu teknik, atomik ölçekte ayrıntıları görmede yararlı olsa da yakın gelecekte daha az gürültüye sahip görseller görmeyi umuyoruz.
