Их подход использует так называемую «матрицу отпечатков пальцев» — математическое описание уникального способа, которым каждый объект рассеивает волны, такие как свет или ультразвук.
Резервуар для воды со стеклянными шариками, под которыми спрятан металлический шар.
Технический университет Вены
Ученые из Австрии и Франции разработали новый метод визуализации, который позволяет обнаруживать объекты, скрытые за непрозрачными материалами, такими как песок, туман или даже человеческие ткани, что потенциально открывает новые горизонты в медицинской диагностике и сенсорных технологиях.
Прорывное открытие, опубликованное на этой неделе в журнале Nature Physics, было совершено исследователями из Института Ланжевена в Париже и Технического университета Вены.
Их подход использует так называемую «матрицу отпечатков пальцев» — математическое описание уникального способа, которым каждый объект рассеивает волны, такие как свет или ультразвук.
Матрица отпечатков пальцев
Обычные методы визуализации, будь то фотографии, гидролокаторы или ультразвуковое сканирование, основаны на посылке волны к объекту и анализе отраженной части волны.
Однако это становится практически невозможным, когда объект заслонён плотной средой. В таких случаях волны рассеиваются от цели и многократно отражаются от окружающего материала, создавая зашумлённый сигнал.
«Вместо объекта вы видите лишь рассеянный туман; это фундаментальная проблема методов визуализации, от гидролокаторов на подводных лодках до визуализации в медицине», — сказал Лукас Рахбауэр, соавтор исследования.
Чтобы решить эту проблему, группа сначала изучала объекты в чистой среде, регистрируя, как они рассеивают волны в идеальных условиях.
Этот узор, или отпечаток пальца, сохраняется в матрице. Позже исследователи посылают ультразвуковые волны, когда тот же объект оказывается спрятанным в сложной среде, например, когда стальной шарик закапывают в песок.
Хотя большинство волн рассеиваются хаотично, некоторые из них все же взаимодействуют с захороненным объектом и несут на себе следы его «отпечатка».
Сравнивая измеренные сигналы с сохраненным отпечатком пальца, алгоритм команды может точно определить местоположение объекта, даже если его невозможно увидеть напрямую.
«На основе корреляций между измеренной отраженной волной и неизмененной матрицей отпечатка пальца можно сделать вывод о том, где с наибольшей вероятностью может находиться объект, даже если он закопан», — сказал Стефан Роттер, профессор Института теоретической физики Венского технического университета.
Обнаружение скрытых объектов
Исследователи протестировали систему с помощью стальных шариков, зарытых в песок, и расширили ее применение до медицинских случаев.
В одном из приложений им удалось успешно идентифицировать маркеры поражений, используемые для мониторинга рака молочной железы, которые часто не видны из-за рассеянных сигналов при традиционном сканировании.
Они также использовали эту технологию для обнаружения мышечных волокон, что может способствовать диагностике заболеваний сердца и мышц.
Помимо медицины, матрица отпечатков пальцев может применяться в оптической визуализации и других системах обнаружения на основе волн.
Объекты также могут менять свои характеристики рассеяния в зависимости от физических условий, таких как давление или температура, что открывает возможности для дистанционного зондирования.
«Это было бы особенно интересно, например, при измерении работы человеческого мозга, где волны должны проникать сквозь сильно рассеивающий череп», — сказал Роттер.
Исследовательская группа подала патентную заявку на технологию совместно с CNRS Innovation (Франция) и Отделом патентов и лицензий Венского технического университета. Компания, занимающаяся медицинскими технологиями, уже проявила интерес к коммерциализации этого подхода.
Роттер заявил, что технология «применима очень широко» и может стать мощным инструментом везде, где ученые сталкиваются с проблемой наблюдения за непрозрачными барьерами.
Sourse: interestingengineering.com
