science >> Wetenschap >  >> anders

Waarom worden kreeften gebruikt in nieuwe röntgentechnologieën?

Galerij met afbeeldingen van zeeleven Onderzoeken passen kreeftenvisie toe op nieuwe röntgentechnologie. Bekijk meer foto's van het leven in zee. Peter Dazeley/Riser/Getty Images

De laatste vooruitgang in de oorlog tegen verborgen bommen, loerende kakkerlakken en illegale immigranten komen rechtstreeks van de bodem van de oceaan. Kreeften beschikken over een van de meest unieke zichtsystemen in de dierenwereld, en onderzoekers werken aan de aanpassing van dat systeem aan röntgenscanners die stalen wanden ongeveer zo ondoorzichtig als tissuepapier zullen maken.

Röntgenstraling is een vorm van elektromagnetische energie. Het spectrum van elektromagnetische energie omvat ook radiogolven en zichtbaar licht. Sommige materialen absorberen röntgenstralen, anderen reflecteren hen en anderen laten ze passeren, brekend de balken zodat ze buigen. Gerefracteerde röntgenstralen verlaten het materiaal onder een andere hoek dan die waarop ze inslaan.

Een typisch röntgensysteem maakt gebruik van een röntgengenerator, die een bundel röntgenstralen produceert, en een detectiemedium (een optisch systeem). Om een ​​afbeelding te maken, Röntgenstralen worden afgevuurd op een object. Sommige röntgenstralen gaan door het object en worden gebroken. Andere röntgenstralen worden volledig geabsorbeerd, en sommige worden weerspiegeld. Het detectiemedium "ziet" de röntgenstralen die door het object gaan.

Dit systeem werkt goed, maar het is niet ideaal. Eerst, de gebroken röntgenstralen buigen onder verschillende hoeken, dus het is moeilijk voor de optica om ze effectief te verzamelen en scherp te stellen. Tweede, omdat de breking het systeem minder efficiënt maakt, de röntgenstralen moeten behoorlijk krachtig zijn om ervoor te zorgen dat de optica voldoende energie verzamelt om een ​​beeld te vormen. En krachtige röntgenfoto's zijn niet het veiligste ter wereld.

De ogen van mensen en andere dieren zijn ook afhankelijk van breking. Maar geen kreeften. De manier waarop een kreeft licht waarneemt is anders, en het is een visueel systeem dat bijna geheel uniek is voor schaaldieren. Dus wat maakt kreeftenvisie zo speciaal? Volgende, ontdek waarom het oog van een kreeft een les is in visuele efficiëntie.

Kreeft visie

De verbazingwekkende visie van kreeften helpt hen te zien in troebele wateren zoals de Bay of Fundy in Nova Scotia. Heather Perry/National Geographic/Getty Images

Kreeften zien door reflectie, niet breking. De reflectie wordt mogelijk gemaakt door duizenden vierkanten in de ogen van de kreeft, die zich in de buurt van de basis van de antennes bevinden. Deze vierkanten zijn de optiek van de kreeft. Volledig samengesteld uit rechte wanden en rechte hoeken, in tegenstelling tot de gebogen staafjes en kegeltjes van het menselijk oog, een kreeftenoog reflecteert de lichtstralen die standaard binnenkomen, zeer ondiepe hoeken, of "graashoeken". De consistentie van deze reflectiehoeken stelt het beeldvormingssysteem in staat om alle stralen die door een bepaald object worden gereflecteerd (zoals potentiële prooien op de oceaanbodem) naar hetzelfde brandpunt te sturen.

Een nieuwe scanner in ontwikkeling bij Physical Optics Corporation en gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Binnenlandse Veiligheid, bevat het op reflecties gebaseerde gezichtsvermogen van een kreeft. Het heet de Lobster Eye X-ray Imaging Device (LEXID) , en het repliceert het optische systeem van de schaaldieren naar een relatief T-stuk. Het apparaat bestaat uit een röntgengenerator met laag vermogen en een optisch systeem. Het optische systeem bestaat uit duizenden metalen, zeer gepolijste vierkanten die de röntgenstralen reflecteren en uitlijnen terwijl ze er doorheen gaan, op weg naar een interessant object (zoals een punt aan de buitenkant van een vrachtcontainer). De stralen kaatsen in volledig voorspelbare hoeken tegen de wanden van de pleinen, zodat het systeem ze in parallelle golven kan laten bewegen. Door de parallelle emissie van de stralen kunnen ze tegelijkertijd een veel kleiner gebied treffen, wat zorgt voor een diepere röntgenpenetratie.

In plaats van röntgenstralen te detecteren die door een object gaan, LEXID detecteert stralen die worden teruggestrooid naar het apparaat. Het optische systeem verwerft en focust deze terugverstrooide stralen door alle gereflecteerde bundels in één brandpunt te verzamelen, in plaats van divergerende bundels op verschillende punten in het systeem te analyseren. De mogelijkheid om al het gereflecteerde licht op een kleiner gebied te concentreren, zorgt voor een nauwkeurigere sensorische opname. Het is een zeer efficiënt scansysteem.

LEXID kan door beton kijken, hout en tot 3 inch (75 mm) staal met gemak -- zo niet met een perfecte resolutie. Het beeld is niet high-definition, maar het is goed genoeg om te zien wat er in een vrachtcontainer zit. En, omdat de optica de röntgenstralen efficiënter kan focussen, ze kunnen een lager vermogen hebben zonder de visuele capaciteit op te offeren. Dat betekent dat de scanner veel veiliger op mensen kan worden gebruikt dan de huidige systemen. De blootstelling aan straling is veel lager.

Maar hoe beïnvloedt dit de termietenpopulatie van de wereld? Lees verder om de dappere nieuwe wereld van toepassingen voor een lager vermogen, Röntgentechnologie met een hogere efficiëntie.

Bommen en termieten

Het Department of Homeland Security hoopt dat LEXID en aanverwante technologieën de huidige luchthavenscanners zullen verbeteren. Justin Sullivan/Getty Images

Zoals met de meeste spionagegadgets - vooral degene die geen groot stralingsrisico vormen voor menselijke lichamen - hebben LEXID en de gerelateerde technologie een vrij breed scala aan toepassingen. Iedereen wil er een. Het Department of Homeland Security heeft om voor de hand liggende redenen ongeveer $ 1 miljoen in het project gestoken:door muren kijken is een grote boost in de antiterreurinspanningen.

De huidige röntgensystemen die worden gebruikt om bagage en internationale vrachtcontainers te scannen, zijn absoluut enorm. Draagbaarheid is geen optie. Maar met een handscanner als de LEXID, het is gemakkelijk om te zien wat er in vrachtcontainers zit, vrachtwagens bij grensovergangen of auto's die aan de kant van de weg staan ​​in een oorlogsgebied.

Physical Optics is van plan om LEXID al in 2008 op de markt te brengen en het zal niet alleen beschikbaar zijn voor Homeland Security. Tegen een verwachte prijs van minder dan $ 10, 000 per scanner, het veld staat open voor allerlei gebruik. huis inspecteurs, verdelgers en bouwvakkers konden precies zien wat zich binnen de muren en het fundament van een huis bevindt. Archeologen zouden zichzelf weken kunnen besparen door te proberen in een delicate structuur te komen, alleen om te ontdekken dat dit niet het geval is, in feite, het geheim bewaren van de val van Rome. SWAT-teams konden precies zien waar ze mee te maken hebben voordat ze een gebouw tegenkwamen. Lager vermogen, Röntgentechnologie met een hogere efficiëntie zou kunnen betekenen dat radiologieafdelingen zich kunnen ontdoen van de loden dekens.

Kreeftvisie komt net tot zijn recht, maar het is geen nieuw streven:astronomen hebben de afgelopen 30 jaar besteed aan het ontwikkelen van een op kreeftenoog gebaseerd optisch systeem. Een van de laatste incarnaties heet de Kreeft-ISS telescoop , wat uiteindelijk licht zou kunnen werpen op donkere materie en de extragalactische verkenning dramatisch zou kunnen uitbreiden. Met de hulp van onze heerlijke schaaldierenvrienden en wat goede oude vindingrijkheid, we gaan supernova's bekijken, zwarte gaten en slechteriken in deze melkweg en ver, ver voorbij in een mum van tijd.

Voor meer informatie over de toekomst van luchthavenbeveiliging en hoe kreeftenvisie donkere materie kan verlichten, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Is er daar een kreeft van 400 pond?
  • Hoe donkere materie werkt
  • Hoe luchthavenbeveiliging werkt
  • Hoe visie werkt
  • Hoe röntgenstralen werken
  • Hoe licht werkt
  • Hoe spionnen werken
  • Vormen "backscatter"-röntgensystemen een risico voor frequent flyers?
  • Waar komt uw niet-opgeëiste bagage terecht?

Meer geweldige links

  • Physical Optics Corporation:LEXID
  • ScienceDaily:Lobster Telescope heeft oog voor röntgenstraling (5 april, 2006)
  • Ruimteonderzoekscentrum van de Universiteit van Leicester:Lobster-ISS

bronnen:

  • BBC News:Telescoop om kreeft te zien (5 april, 2006). http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/4880032.stm
  • Physical Optics Corporation:LEXIDhttp://www.poc.com/emerging_products/lexid/default.asp
  • Science Buzz:Terrorisme en andere bedreigingen in de gaten houden (20 december, 2007).http://dev.smm.org/buzz/buzz_tags/lobster
  • ScienceDaily:Lobster Telescope heeft oog voor röntgenstraling (5 april, 2006). http://www.sciencedaily.com/releases/2006/04/060404194138.htm
  • Telegraph UK:Binnenkort beschikbaar, een röntgenstraalpistool (19 januari, 2008). http://www.telegraph.co.uk/news/main.jhtml?xml=/news/2008/01/17/nxray117.xml
  • Ruimteonderzoekscentrum van de Universiteit van Leicester:Lobster-ISS. http://www.src.le.ac.uk/projects/lobster/home.htm
  • USA Today:Lobster dient als model voor nieuw röntgenapparaat (19 december, 2007). http://www.usatoday.com/tech/news/techinnovations/2007-12-19-lobsterray_N.htm