Insectenplagen worden een steeds kostbaarder probleem voor de bosbouwindustrie, vooral in gebieden met toenemende droogte en hete perioden als gevolg van klimaatverandering. Een nieuwe terahertz-beeldvormingstechniek kan de verspreiding van deze plagen helpen vertragen door insectenschade in hout te detecteren voordat deze aan de buitenkant zichtbaar wordt.

"Onze aanpak kan worden gebruikt om insectenplagen in een vroeg stadium op de stammen van bomen te detecteren, in geïmporteerd hout of op houtproducten in een vroeg stadium van besmetting, " zei onderzoeksteamlid Kirsti Krügener, van HAWK University of Applied Science and Arts in Duitsland. "Dit kan helpen schadelijke insecten uit andere landen buiten te houden en de plaag te stoppen voordat deze zich door een bos verspreidt."

In het tijdschrift Optical Society Toegepaste optica , de onderzoekers rapporteren hoe ze terahertz time-of-flight tomografie gebruikten om niet-invasieve houtmonsters te identificeren met anders onzichtbare schade door de typograafkever, die sparren en andere naaldbomen in Europa infecteert. Ze waren ook in staat om de interne structuur van houtmonsters te reconstrueren.

"Het detecteren van de boorgaten van houtvernietigende insecten wordt meestal gedaan door het hout handmatig te inspecteren, en het besmette gebied van het bos dat moet worden verwijderd, wordt vervolgens geschat, " zei Krügener. "Voor zover wij weten, dit is de eerste keer dat een technische methode is gebruikt om boorgaten voor insecten te detecteren."

Door de nieuwe aanpak in een draagbaar instrument op te nemen, kunnen individuele bomen in een bos worden beoordeeld, zodat alleen aangetaste bomen hoeven te worden verwijderd. Omdat het het afgebeelde monster niet beschadigt, de techniek kan ook nuttig zijn voor het onderzoeken van mummies, het bestuderen en restaureren van kunst of voor kwaliteitscontrole in de industrie.

Onder de oppervlakte kijken

Het terahertz-gebied van het elektromagnetische spectrum ligt tussen microgolf- en infraroodgebieden. Het wordt gebruikt voor toepassingen zoals de full-body scanners die op veel luchthavens worden aangetroffen, omdat het geen schade toebrengt aan mensen of materialen die worden onderzocht en door materialen zoals kleding, kunststoffen en plantaardig materiaal.

Terahertz time-of-flight tomografie werkt net als ultrasone metingen in die zin dat elke interface in het houtmonster een bepaalde hoeveelheid van de terahertz-straling reflecteert die wordt gedetecteerd en geanalyseerd met betrekking tot zijn tijdsafhankelijke volgorde. Elke ondergrondse tunnel die door de insecten wordt gemaakt, leidt naar een nieuwe interface waarop de straling wordt gereflecteerd.

"Een besmet monster zal meer terahertz-straling reflecteren dan een niet-geïnfecteerd monster, omdat er minder interfaces zullen zijn, " zei Krügener. "Bovendien, de individueel gereflecteerde terahertz-signalen kunnen worden gebruikt om een ​​beeld te vormen van een heel gebied, zodat de innerlijke structuur van aangetast hout kan worden gevisualiseerd."

Voorbij vlakke oppervlakken

Hoewel terahertz time-of-flight tomografie al bijna 20 jaar wordt gebruikt, tot voor kort kon het alleen worden toegepast op platte monsters. Twee jaar geleden, de onderzoekers ontwikkelden nieuwe procedures om een ​​robotarm te gebruiken om een ​​willekeurig gevormd monster punt voor punt te scannen, terwijl de zender-ontvanger-kop loodrecht op, en op een bepaalde afstand van, het monsteroppervlak.

De onderzoekers pasten die methoden toe om houtmonsters af te beelden met zowel bekende als onbekende binnenstructuren. Ze vergeleken de resultaten met conventionele tomografische technieken en ontdekten dat de interne structuur die werd gereconstrueerd uit terahertz-signalen goed overeenkwam met wat kan worden bereikt met röntgenstralen of computertomografie. Ze konden onderscheid maken tussen besmette en niet-aangetaste monsters door typograafkeverholen te detecteren die zich tot 1 centimeter onder het houtoppervlak bevonden.

"De diepteresolutie van de terahertz-metingen is hoger dan die van conventionele röntgentechnieken en vergelijkbaar met micro-CT, " zei Krügener. "Echter, in tegenstelling tot micro-CT, het terahertz-systeem kan met elk monster worden gebruikt."

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van de snelheid van de meting en data-analyse en ontwikkelen ook complexere data-analyse om de methode praktischer te maken voor het detecteren van aangetast hout. Ze willen ook een draagbaar instrument ontwikkelen dat in het veld kan worden gebruikt.