Πιθανότατα συμβαίνει κάθε λεπτό της ημέρας: Ένα μικρό κορίτσι απαιτεί να δει τη φωτογραφία που μόλις πήρε η μητέρα της. Σήμερα, χάρη σε smartphones και άλλες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, μπορούμε να δούμε στιγμιότυπα αμέσως, αν θέλουμε ή όχι. Αλλά το 1944, όταν η 3χρονη Jennifer Land ζήτησε να δει την φωτογραφία των οικογενειακών διακοπών που μόλις είχε πάρει ο μπαμπάς της, η τεχνολογία δεν υπήρχε. Έτσι ο μπαμπάς της, ο Edwin Land, το εφευρέθηκε.
Η αρχική κάμερα Polaroid απελευθέρωσε τους χρήστες από την ανάγκη να περάσουν σε σκοτεινό θάλαμο για να αναπτύξουν τις εικόνες τους. (Lindsay Moe / Unsplash, CC BY) Τρία χρόνια αργότερα, μετά από άφθονο επιστημονικό έργο, η Land και η Polaroid Corporation της συνειδητοποίησαν το θαύμα της σχεδόν στιγμιαίας απεικόνισης. Το υλικό έκθεσης και επεξεργασίας ταινιών περιέχονται μέσα στην κάμερα. δεν υπάρχουν μύες ή αναστάτωση για τον φωτογράφο που απλώς δείχνει και πυροβολεί και στη συνέχεια βλέπει την εικόνα να υλοποιείται στη φωτογραφία μόλις τυλίγεται από την κάμερα.
Η γη είναι πιθανότατα πιο γνωστή για την "στιγμιαία φωτογραφία" - ή τον πνευματικό προγονικό της σημερινής πανταχού παρουσίας. Η φωτογραφική μηχανή Polaroid κυκλοφόρησε για πρώτη φορά στο εμπόριο το 1948 σε καταστήματα λιανικής πώλησης και σε τιμές που προορίζονταν για τη μεταπολεμική μεσαία τάξη. Αλλά αυτό είναι μόνο ένα από μια σειρά από τεχνολογικές καινοτομίες Land εφηύρε και εμπορεύεται, το μεγαλύτερο μέρος των οποίων επικεντρώνεται γύρω από το φως και πώς αλληλεπιδρά με τα υλικά. Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για να δείξει μια ταινία 3D και τα γυαλιά που φορούμε στο θέατρο έγιναν δυνατά από το Land και τους συναδέλφους του. Η κάμερα στο αεροπλάνο κατασκοπείας U-2, όπως παρουσιάστηκε στην ταινία Bridge of Spies, ήταν ένα προϊόν Land, όπως και κάποιες πτυχές της μηχανικής του αεροσκάφους. Εργάστηκε επίσης σε θεωρητικά προβλήματα, αντλώντας από μια βαθιά κατανόηση τόσο της χημείας όσο και της φυσικής.
Είμαι επιστημονικός επιστήμονας που έχει αγγίξει πολλούς από τους τομείς στους οποίους ο Land πραγματοποίησε μεγάλες εξελίξεις, μέσα από τη δουλειά μου για νέες μεθόδους απεικόνισης, τεχνικές επεξεργασίας εικόνας και ανθρώπινη έγχρωμη όραση. Δεδομένου ότι το 2018 αποδέκτης του Edwin H. Land Medal, που απονέμεται από την Οπτική Εταιρεία της Αμερικής και την Εταιρεία για την Απεικόνιση Επιστήμης και Τεχνολογίας, η δική μου δουλειά στηρίζεται στις τεχνολογικές καινοτομίες του Land που καθιστούσαν δυνατή τη σύγχρονη απεικόνιση.
Ελέγξτε τις ιδιότητες του φωτός
Η πρώτη ανακάλυψη του οπτικού συστήματος του Edwin Land ήρθε ως νεαρός άνδρας, όταν βρήκε μια βολική και προσιτή μέθοδο για τον έλεγχο μιας από τις θεμελιώδεις ιδιότητες του φωτός: πόλωσης.
Μπορείτε να σκεφτείτε το φως καθώς τα κύματα διαδίδονται από μια πηγή. Οι περισσότερες πηγές φωτός παράγουν ένα μείγμα κυμάτων με όλες τις διαφορετικές φυσικές ιδιότητες, όπως το μήκος κύματος και το πλάτος της δόνησης. Το φως θεωρείται πολωμένο εάν το πλάτος ποικίλλει με συνεπή τρόπο κάθετο προς την κατεύθυνση που κινεί το κύμα.
Ένα φίλτρο πόλωσης μπορεί να αποκλείσει όλα τα φωτεινά κύματα που δεν ταιριάζουν με τον προσανατολισμό του. (Fouad Α. Saad / Shutterstock.com) Δεδομένου του σωστού υλικού για να περάσουν τα φωτεινά κύματα, τα φωτεινά κύματα μπορούν να περιστραφούν σε άλλο επίπεδο, να επιβραδυνθούν ή να μπλοκαριστούν. Τα σύγχρονα γυαλιά 3D λειτουργούν επειδή ένα μάτι δέχεται φως κύματα που δονείται κατά μήκος του οριζόντιου επιπέδου, ενώ το άλλο μάτι δέχεται το φως να δονείται κατά μήκος του κατακόρυφου επιπέδου.
Πριν από το Land, οι ερευνητές έχτισαν στοιχεία για τον έλεγχο της πόλωσης από κρυστάλλους βράχου, στα οποία είχαν αποδοθεί σχεδόν μαγικά ονόματα και ιδιότητες, αν και απλώς μείωσαν την ταχύτητα ή το εύρος των κυμάτων φωτός που ταξιδεύουν σε συγκεκριμένους προσανατολισμούς. Η γη δημιούργησε «πολωμένους» καλλιεργώντας μικρούς κρυστάλλους και ενσωματώνοντάς τους σε πλαστικά φύλλα, αλλάζοντας το φως που διέρχεται ανάλογα με τον προσανατολισμό του σε σχέση με τις σειρές κρυστάλλων. Ο φτηνός πολωτής του επέτρεψε την αξιόπιστη και πρακτική διήθηση του φωτός, ώστε να περάσουν μόνο τα μήκη κύματος με συγκεκριμένο προσανατολισμό.
Η γη ίδρυσε την Polaroid Corporation το 1937 για να εμπορευτεί τη νέα της τεχνολογία. Οι πολωροποιητές φύλλων του βρήκαν εφαρμογές που κυμαίνονται από την ταυτοποίηση των χημικών ενώσεων μέχρι τα ρυθμιζόμενα γυαλιά ηλίου. Τα πολωτικά φίλτρα έγιναν πρότυπα στη φωτογραφία για να μειώσουν την αντανάκλαση. Σήμερα οι αρχές του πολωμένου φωτός χρησιμοποιούνται στις περισσότερες οθόνες ηλεκτρονικών υπολογιστών και κινητών τηλεφώνων, για να βελτιώσουν την αντίθεση, να μειώσουν τη λάμψη και ακόμη και να ενεργοποιήσουν ή να απενεργοποιήσουν μεμονωμένα εικονοστοιχεία.
Τα φίλτρα πόλωσης βοηθούν τους ερευνητές να απεικονίζουν δομές που μπορεί να μην φαίνονται αλλιώς - από αστρονομικά χαρακτηριστικά έως βιολογικές δομές. Στο δικό μου πεδίο επιστήμης, η απεικόνιση πόλωσης εντοπίζει τάξεις χημικών, όπως τα μόρια πρωτεϊνών που διαρρέουν από τα αιμοφόρα αγγεία σε άρρωστα μάτια. Η πόλωση συνδυάζεται επίσης με τεχνικές απεικόνισης υψηλής ανάλυσης για την ανίχνευση κυτταρικής βλάβης κάτω από την ανακλαστική επιφάνεια του αμφιβληστροειδούς.
Ένας νέος τρόπος για να βγάλεις τα δεδομένα
Πριν από τις ημέρες ψηφιακής λήψης δεδομένων υψηλής ταχύτητας και οικονομικά προσιτών οθονών υψηλής ανάλυσης ή χρήσης βιντεοταινιών, η φωτογραφία Polaroid ήταν η μέθοδος επιλογής για την απόκτηση εξόδου σε πολλά επιστημονικά εργαστήρια. Τα πειράματα ή οι ιατρικές εξετάσεις χρειάζονται γραφική ή εικονογραφική έξοδο για ερμηνεία, συχνά από αναλογικό παλμογράφο, ο οποίος απεικόνιζε μια μεταβολή τάσης ή ρεύματος με την πάροδο του χρόνου. Ο παλμογράφος ήταν αρκετά γρήγορος για να καταγράψει τα βασικά χαρακτηριστικά των δεδομένων - αλλά η καταγραφή της παραγωγής για μεταγενέστερη ανάλυση ήταν μια πρόκληση πριν έρθει η άμεση κάμερα της Land.
Ένα κοινό παράδειγμα στην επιστήμη της όρασης είναι η καταγραφή των κινήσεων των ματιών. Μια ερευνητική μελέτη που αναφέρθηκε το 1960 σχεδίασε το φως που αντανακλάται από το κινούμενο μάτι ενός παρατηρητή σε μια οθόνη παλμογράφου, η οποία φωτογραφήθηκε με μια τοποθετημένη κάμερα Polaroid - όχι σε αντίθεση με την κάμερα Polaroid του καταναλωτή που μια οικογένεια μπορεί να βγάλει σε ένα πάρτι γενεθλίων. Επί δεκαετίες, τα ερευνητικά εργαστήρια και οι ιατρικές εγκαταστάσεις χρησιμοποίησαν διατάξεις που αποτελούνται από μια κάμερα Polaroid και μια εξέδρα συναρμολόγησης για τη συλλογή ηλεκτρικών σημάτων που εμφανίζονται σε οθόνες παλμογράφου. Τα μεγέθη μορφής είναι λιγότερο από εκθαμβωτικά σε σύγκριση με τα σύγχρονα ψηφιακά ψηφίσματα, αλλά ήταν τότε επαναστατικά.
Οι εφευρέσεις του Land οδήγησαν στη διαδεδομένη χρήση πολωμένου φωτός για να χαρακτηρίσουν τους ιστούς και τα αντικείμενα, όπως σε αυτήν την ψευδο-έγχρωμη εικόνα ενός αμφιβληστροειδούς διαβητικού ασθενούς που αποκαλύπτει ακανόνιστες δομές που προκαλούνται από οίδημα. (Ann Elsner, CC BY-ND) Το 1987, με την ίδρυση του νέου μου εργαστηρίου απεικόνισης αμφιβληστροειδούς, δεν υπήρχε καμία φθηνή μέθοδος για να παράσχει μια αξιοσημείωτη παραγωγή των νέων εικόνων μας. Μετά από λίγα χρόνια προσπαθώντας να αποκτήσει υψηλής ποιότητας εκτυπώσεις για συνέδρια και δημοσιεύσεις, η Polaroid Corporation ήρθε στη διάθεσή μας, με τη δωρεά ενός εκτυπωτή, επιτρέποντας την επιστημονική συνεισφορά μας να φτάσει σε ένα ακροατήριο πέρα από το εργαστήριό μας.
Τα μάτια δεν είναι κάμερες
Οι συνεισφορές της γης υπερβαίνουν την κατοχύρωση με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας πάνω από 500 καινοτομίες και την επινόηση προϊόντων που εκατομμύρια αγόρασαν. Η κατανόησή του για την αλληλεπίδραση του φωτός και της ύλης προάγει νέους τρόπους χαρακτηρισμού χημικών με πολωμένο φως. Και έδωσε πληροφορίες για τις λειτουργίες του ανθρώπινου οπτικού συστήματος που φαινόταν να αψηφούν τους νόμους της φυσικής, έρχονται με αυτό που ονομάζεται θεωρία του Retinex για την έγχρωμη όραση για να εξηγήσουν πώς οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται ένα ευρύ φάσμα χρωμάτων χωρίς να υπάρχουν τα αναμενόμενα μήκη κύματος στο δωμάτιο.
Οι γρήγορες εκτυπώσεις μπορούν να μοιραστούν και να προβληθούν. (Hillary Hartley, CC BY-SA) Παρά τη λαμπρότητα του, η Polaroid Corporation του Land κατέπληξε τελικά τις δύσκολες στιγμές τις δεκαετίες μετά το θάνατό του το 1991. Μεγάλη επένδυση στις ταινίες πωλήσεών της, η Polaroid δεν ήταν έτοιμη καθώς όλα τα επίπεδα της αγοράς απεικόνισης έγιναν ψηφιακά, end ιατρικών και οπτικών εικόνων που εγκαταλείπουν την ταινία και την επεξεργασία.
Όμως, αντί να βυθιστεί στην αγορά ταινιών, η Polaroid επανεμφανίστηκε με νέα προϊόντα που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην παραγωγή του νέου κόσμου των ψηφιακών εικόνων. Και σε μια ιστορία που επαναλαμβάνεται, η Polaroid και άλλοι κατασκευαστές στιγμιαίων φωτογραφικών μηχανών απολαμβάνουν ανανεωμένη δημοτικότητα με νεότερες γενιές που δεν είχαν καμία έκθεση στις αρχικές εκδόσεις. Ακριβώς όπως και η μικρή Jennifer Land, πολλοί άνθρωποι σήμερα εξακολουθούν να θέλουν μια απτή έκδοση των φωτογραφιών τους, αυτή τη στιγμή.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση.
Ann Elsner, Καθηγητής Οπτομετρίας, Ιντιάνα Πανεπιστήμιο
