Bagaimana Anda menemukan benda -benda terkubur di pasir atau disembunyikan dalam kabut tebal? Sebuah tim dari Institut Langevin (Paris) dan Tu Wien (Wina) telah mengembangkan metode yang menakjubkan.
Bisakah kita mengungkapkan benda -benda yang tersembunyi di lingkungan yang benar -benar buram bagi mata manusia? Dengan teknik pencitraan konvensional, jawabannya adalah tidak: awan padat atau lapisan blok material begitu sepenuhnya sehingga foto sederhana tidak mengandung informasi tentang apa yang ada di baliknya.
Namun, kolaborasi penelitian antara Institut Langevin dan Tu Wien sekarang telah menunjukkan bahwa, dengan bantuan trik matematika yang inovatif, objek dapat dideteksi bahkan dalam kasus seperti itu – menggunakan apa yang dikenal sebagai 'matriks sidik jari'. Tim menguji metode yang baru dikembangkan pada benda logam yang terkubur di pasir dan dalam aplikasi di bidang pencitraan medis. Publikasi bersama tentang topik ini baru saja muncul dalam jurnal Nature Physics.
Melihat dan mendengar berarti hamburan gelombang
Apakah kita mengambil foto normal atau menggunakan USG untuk melihat ke dalam tubuh – dari sudut pandang fisik, hal yang sama selalu terjadi ketika kita membuat gambar: gelombang dikirim ke objek, objek mencerminkan bagian dari gelombang, dan bagian yang dipantulkan mencapai mata kita – atau perangkat pengukur. Gelombang yang dipantulkan ini dapat digunakan untuk menentukan di mana objek berada.
Namun, ini biasanya hanya berfungsi jika lingkungan objek cukup transparan. “Kalau tidak, misalnya dalam awan padat atau di air keruh, fenomena beberapa hamburan terjadi,” jelas Prof. Stefan Rotter dari Institute of Teoretical Physics di Tu Wien. Gelombang tersebar tidak hanya oleh objek yang akan dicitrakan, tetapi juga oleh lingkungan sekitarnya – seringkali berkali -kali lipat, sehingga hanya gelombang yang sangat diubah yang dapat didaftarkan, di mana objek yang dicari tidak dapat lagi dikenali.
“Alih -alih objek, semua yang Anda lihat adalah kabut difus – ini adalah masalah mendasar dari teknik pencitraan, dari sonar di kapal selam hingga teknik pencitraan dalam kedokteran,” kata Lukas Rachbauer, salah satu penulis bersama penelitian ini.
Pertama sidik jari, lalu gambar
Untuk mengatasi masalah ini, tim peneliti Prancis-Austria mengembangkan metode baru: pertama, objek spesifik diperiksa dalam lingkungan yang bebas gangguan. Setiap objek melingkupi gelombang dengan cara yang sangat spesifik dan khas. Sidik jari hamburan gelombang dari objek ini dapat dijelaskan secara matematis oleh matriks – matriks hamburan yang disebut.
Objek kemudian disembunyikan dalam media hamburan yang sangat tinggi – misalnya, terkubur di pasir. “Ketika gelombang ultrasonik dikirim ke pasir ini, mereka tersebar oleh pasir, tetapi beberapa suara menembus sejauh ini ke pasir sehingga juga tersebar oleh benda yang terkubur,” kata Stefan Rotter. “Kami tidak dapat melihat objek, tetapi gelombang ultrasonik yang terburu -buru yang mengenai mikrofon perangkat pengukur masih membawa informasi tentang fakta bahwa ia telah bersentuhan dengan objek yang kami cari di pasir.”
Jika, di satu sisi, Anda tahu matriks hamburan yang tidak diubah, 'matriks sidik jari' dari objek, dan, di sisi lain, Anda mengukur hamburan gelombang yang dihasilkan oleh objek tersembunyi dalam media hamburan ganda, maka Anda dapat menghitung posisi objek menggunakan metode matematika yang dikembangkan oleh tim penelitian.
“Dari korelasi antara gelombang yang dipantulkan yang diukur dan matriks sidik jari yang tidak berubah, dimungkinkan untuk menyimpulkan di mana objek kemungkinan besar berada, bahkan jika objek terkubur,” jelas Stefan Rotter.
Bola baja di pasir dan penanda medis
Metode ini diuji dengan bola baja di pasir, tetapi juga dalam aplikasi medis: untuk memantau kekambuhan kanker payudara, yang disebut penanda lesi digunakan, yang seringkali sulit untuk dibayangkan karena dilapis oleh sinyal yang tersebar. Dengan metode baru, mereka mudah ditemukan.
Selain itu, teknologi matriks sidik jari digunakan untuk mengukur serat otot – yang sangat penting untuk diagnosis penyakit jantung dan otot.
“Konsep matriks sidik jari secara umum berlaku – tidak hanya untuk USG, tetapi juga untuk deteksi dengan cahaya,” kata Stefan Rotter. “Ini membuka kemungkinan baru yang penting di All'areas of Science di mana matriks refleksi dapat diukur.” Beberapa objek juga mengubah 'sidik jari hamburan' ketika parameter fisik tertentu berubah – seperti tekanan atau suhu. Variabel seperti itu dapat diukur dari jarak jauh menggunakan metode baru. Ini akan sangat menarik, misalnya, dalam pengukuran otak manusia, di mana gelombang harus menembus tengkorak yang sangat hamburan.
Bekerja sama dengan CNRS Innovation dan Departemen Manajemen Paten & Lisensi di Tu Wien, metode sidik jari sekarang juga telah diserahkan untuk paten dan diambil oleh perusahaan teknologi medis.
Publikasi asli
Deteksi dan karakterisasi target dalam media kompleks menggunakan matriks sidik jari, A. Le Ber, A. Goïcoechea, L. Rachbauer, W. Lambert, X. Jia, M. Fink, A. Tourin, S. Rotter dan A. Aubry, Fisika Alam 2025.
ARXIV: 2502.07052
