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생물의 움직임을 입체적으로 파악하는 3차원 기가픽셀 카메라 어레이



 (출처: 듀크 대학)

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천문학에서는 여러 개의 이미지 센서들을 하나로 묶은 망원경이 사용되고 있습니다. 암흑 에너지 카메라 (DECam)처럼 74개의 이미지 센서를 이용해 5억7천만 화소 망원경을 만들면 한 번에 수많은 천체를 관측할 수 있기 때문입니다.

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이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222989258095

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그런데 생물학 같이 다른 영역에서 이것과 비슷하지만, 조금 다른 방식으로 여러 개의 카메라 어레이를 사용하려는 연구가 진행중입니다. 이들의 목표는 여러 동물의 행동을 동시에 입체적으로 파악하는 것입니다.

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듀크 대학의 로아크 호스트메이어 교수 (Roarke Horstmeyer, assistant professor of biomedical engineering at Duke University)가 이끄는 연구팀은 여러 개의 카메라를 묶어 만든 기가픽셀 (10억 화소) 3D 카메라인 Multi Camera Array Microscope (MCAM)를 개발했습니다.

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(동영상)

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최신 버전의 MCAM은 모두 54개의 카메라를 이용해 좁은 공간에 있는 생물들을 관찰합니다. 개미 군집이나 제브라피쉬 무리가 그런 사례입니다. 그러면 각각의 카메라에 맺힌 상이 각도에 따라 조금씩 다르기 때문에 3차원적 구조를 확인할 수 있습니다. 동물의 입체적 모습을 실시간으로 파악할 수 있는 것입니다.

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과학자들은 이 기술을 통해 군집의 활동을 각 개체 수준에서 실시간으로 모니터링하고 이해할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 개미 같은 작은 곤충도 입체적인 움직임을 실시간으로 파악할 수 있다면 동물 행동학을 이해하는 데 큰 도움이 될 것입니다. 더 나아가 수많은 오가노이드의 증식과 분화를 실시간으로 모니터링 하거나 기타 다른 생물의 변화를 모니터링하고 연구하는 데도 도움을 줄 것입니다.

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과학의 발전은 결국 실험 및 관측 기술의 발전과 함께 가는 경우가 많습니다. 이런 이미징 기술의 진화가 결국 과학 발전에 큰 도움이 될 것으로 기대합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-03-gigapixel-3d-microscope-captures-life.html

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Kevin Zhou, Parallelized computational 3D video microscopy of freely moving organisms at multiple gigapixels per second, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01171-7. www.nature.com/articles/s41566-023-01171-7

Further examples of the microscope in action can be found at:

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