Terahertz billeddannelsesteknik afslører insektskader under overfladen i træ

Insektangreb bliver et stadig dyrere problem for skovbrugsindustrien, især i områder, der oplever øget tørke og hedetider i forbindelse med klimaændringer. En ny terahertz -billeddannelsesteknik kan hjælpe med at bremse spredningen af ​​disse angreb ved at opdage insektskader inde i træ, før det bliver synligt på ydersiden.

"Vores tilgang kunne bruges til at opdage insektangreb på et tidligt stadie på træstammer, i importeret træ eller på træprodukter i et tidligt angrebsfase "sagde forskergruppemedlem Kirsti Krügener, fra HAWK University of Applied Science and Arts i Tyskland. "Dette kan hjælpe med at forhindre skadelige insekter fra andre lande og stoppe angreb, før det spredes gennem en skov."

I Optical Society -tidsskriftet Anvendt optik , forskerne rapporterer, hvordan de brugte terahertz time-of-flight tomografi til ikke-invasivt at identificere træprøver med ellers usynlig skade fra typografens bille, som inficerer gran og andre nåletræer i Europa. De var også i stand til at rekonstruere den interne struktur af træprøver.

"Detektering af boringer af træødelæggende insekter sker typisk ved manuelt at inspicere træet, og det inficerede område af skoven, der skal fjernes, estimeres derefter, "sagde Krügener." Så vidt vi ved, det er første gang, der er blevet brugt en teknisk metode til at opdage insektboringer. "

Ved at indarbejde den nye fremgangsmåde i et bærbart instrument kunne der foretages vurdering af individuelle træer i en skov, så kun angrebne træer skulle fjernes. Fordi det ikke beskadiger prøven, der afbildes, teknikken kan også være nyttig til at undersøge mumier, studere og restaurere kunst eller for kvalitetskontrol i industrien.

At se under overfladen

Terahertz -området i det elektromagnetiske spektrum ligger mellem mikrobølge- og infrarøde områder. Det bruges til applikationer som f.eks. Full-body-scannere, der findes i mange lufthavne, fordi det ikke skader mennesker eller materialer, der undersøges, og kan gennemskue materialer som f.eks. Tøj, plast og plantemateriale.

Terahertz time-of-flight tomografi fungerer meget som ultralydsmåling ved, at hver grænseflade i træprøven afspejler en vis mængde af terahertz-strålingen, der detekteres og analyseres i forhold til dens tidsafhængige rækkefølge. Hver underjordisk tunnel lavet af insekterne fører til en ny grænseflade, hvorpå strålingen reflekteres.

"En angrebet prøve vil afspejle mere terahertz -stråling end en, der ikke er inficeret, fordi der vil være færre grænseflader, "sagde Krügener." Desuden de individuelle reflekterede terahertz -signaler kan bruges til at danne et billede af et helt område, så den indre struktur af angrebet træ kan visualiseres. "

Ud over flade overflader

Selvom terahertz time-of-flight tomografi har været brugt i næsten 20 år, indtil for nylig kunne den kun anvendes på flade prøver. To år siden, forskerne udviklede nye procedurer til at bruge en robotarm til at scanne en vilkårligt formet prøve punkt for punkt, samtidig med at emitter-modtagerhovedet holdes vinkelret på, og i defineret afstand fra, prøveoverfladen.

Forskerne anvendte disse metoder til at forestille træprøver med både kendte og ukendte indre strukturer. De sammenlignede resultaterne med konventionelle tomografiske teknikker og fandt ud af, at den indre struktur, der var rekonstrueret fra terahertz-signaler, passede godt med, hvad der kan opnås med røntgen eller computertomografi. De var i stand til at skelne mellem angrebne og ikke-angrebne prøver ved at opdage typografiske billerhuller, der var op til 1 centimeter under træets overflade.

"Dybdeopløsningen af ​​terahertz-målingerne er højere end konventionelle røntgenteknikker og kan sammenlignes med mikro-CT, "sagde Krügener." Dog, i modsætning til mikro-CT, terahertz -systemet kan bruges med enhver prøve. "

Forskerne arbejder nu på at forbedre hastigheden af ​​måling og dataanalyse og også udvikle mere komplekse dataanalyser for at gøre metoden mere praktisk til påvisning af angrebet træ. De ønsker også at udvikle et bærbart instrument, der kan bruges i marken.