Directe beeldvorming van dynamische scheuren zoals ze zich voordoen, kan ons veel vertellen over de fysica van breken en eigenschappen van brekende materialen, die veel gebieden ten goede zouden komen, variërend van materiaalwetenschap tot engineering tot constructie. Echter, het breukproces gebeurt in een oogwenk, met dynamische scheuren die zich in slechts een tiende van een seconde door enkele centimeters van sommige zachte materialen voortplanten. Hogesnelheidscamera's kunnen worden gebruikt om dynamische scheuren in sommige materialen direct in beeld te brengen, maar dergelijke apparatuur is duur en kan in sommige situaties of met bepaalde materialen moeilijk te gebruiken zijn.

Tijdens de bijeenkomst van de American Physical Society maart 2019 in Boston, John Kolinski van de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Lausanne, Zwitserland, zal een nieuwe beeldvormingstechniek presenteren die bekend staat als de virtuele frametechniek die hij en collega's Samuel Dillavou en Shmuel Rubinstein van Harvard University hebben ontwikkeld en waarmee gewone digitale camera's miljoenen frames per seconde kunnen vastleggen gedurende enkele seconden met behoud van een hoge ruimtelijke resolutie. Hij zal ook deelnemen aan een persconferentie waarin hij het werk beschrijft. Informatie over inloggen om op afstand mee te kijken en vragen te stellen vindt u aan het einde van dit persbericht.

De virtuele frametechniek maakt gebruik van de bitdiepte van een camerasensor, de hoeveelheid informatie die de sensor kan verkrijgen, om de framesnelheid drastisch te verhogen. Kraken en vele andere fysieke processen zijn binair; bijvoorbeeld, materiaal is gebarsten of niet gebarsten. Dus, er zijn slechts twee bits nodig om een ​​scheur af te beelden. Een beeldsensor met een bitdiepte van 16 bits heeft meer dan 65, 000 kleur- of grijswaarden, wat betekent dat het mogelijk is om duizenden virtuele frames te produceren tijdens een enkele belichting. Het gebruik van nauwkeurige cameratiming en een korte puls van intens licht kan de framesnelheden nog verder verhogen. "In een recent onderzoek met behulp van de virtuele frametechniek, we verkrijgen virtuele framesnelheden van meer dan 60 miljoen per seconde met behulp van nauwkeurige time-gating en een camerasensor met aanzienlijke bitdiepte, ' zei Kolinski.

Met behulp van de virtuele frametechniek, vrijwel elke camera kan dynamische scheuren direct in beeld brengen terwijl ze zich vormen. Aanvullend, het kan worden gebruikt om andere snelle fysieke processen te bestuderen die plaatsvinden op grensvlakken tussen vaste stoffen en vloeistoffen, zoals bevochtiging die optreedt wanneer een vloeistofdruppel een materiaaloppervlak raakt. De enige vereiste is dat de vaste stof ondoorzichtig is, of het nu een constructiemateriaal is of een zachte stof zoals een polymeer. "In wezen kan elk materiaal worden afgebeeld met de virtuele frametechniek, ' zei Kolinski.

De onderzoekers hebben de virtual frame-techniek getest met behulp van verschillende soorten camera's met verschillende gevoeligheden en bitdieptes, variërend van geavanceerde high-speed en high-end consumentencamera's tot smartphonecamera's. Elk type camera was in staat om veel hogere framesnelheden te bereiken met behulp van de virtuele frametechniek, waarvan Kolinski zei dat het zou kunnen leiden tot het gebruik ervan in toekomstige apps voor mobiele apparaten die materiaaleigenschappen zouden kunnen meten.

Deze nieuwe beeldvormingstechniek belooft een eenvoudigere manier om breuken en andere snelle fysische processen op materiële grensvlakken te bestuderen. Het gebruik van gewone consumentencamera's om duizenden of meer frames per seconde vast te leggen, maakt het mogelijk om de breuktaaiheid en andere eigenschappen van constructiematerialen te bestuderen, en als het op een dag in mobiele apps wordt gebruikt, de nieuwe techniek zou dure testhardware kunnen aanvullen of zelfs vervangen door een stukje software.