När du promenerar längs stranden, våra fotspår berättar att sanden under ytan måste ha rört sig men inte exakt var eller hur. Liknande rörelser förekommer i många andra naturliga och konstgjorda ämnen, som snö, byggmaterial, farmaceutiska pulver, och även spannmål.

För att undersöka dessa i stort sett okända granulära rörelser, akademiker från Sydney Center in Geomechanics and Mining Materials (SciGEM) inklusive professor i samhällsbyggnadsteknik, Itai Einav och postdoktoral forskningsassistent, Dr James Baker har utvecklat en ny röntgenmetod som gör det möjligt för forskare att se inuti granulära flöden. Namngiven röntgenreografi, eller "skrivflöde", deras tillvägagångssätt samlar information med hjälp av 3-punkts höghastighetsradiografi, och samlar sedan denna information genom att lösa ett pussel i Sudoku-stil.

"Tänk dig kaffe i kvarnar, ris i silos, och mineraler på transportörer - länge har vi vetat att kornen gömda i massan rör sig, men fram till nu har vi inte förstått exakt hur. Vår röntgenreografi är den första fysiska metoden för att lösa detta, "förklarade professor Einav.

Detta genombrott är det senaste från teamets "DynamiX" -laboratorium, en unik, specialbyggd anläggning som etablerades 2015 för att undersöka flödande granulatmedier. Laboratoriet består av ett stort blyfodrat röntgenrum, med tre rörliga käll-detektorpar för att tillåta förhör av många olika experiment, och ett externt kontrollrum.

Den nya röntgenreografitekniken har förmågan att bilda en tredimensionell bild av rörliga korn, vilket har hjälpt forskarna att bättre förstå hur partiklar flyter och beter sig under olika omständigheter. I många exempel har de funnit att granulära medier tenderar att flöda i unika mönster och vågor.

"Till skillnad från vätskor, vi upptäckte att begränsat, tredimensionella stabila granulära flöden uppstår genom cykler av kontraktion och expansion, à la 'granulära lungor'. På nytt, till skillnad från vätskor, vi fann också att korn tenderar att färdas längs parallella linjer, även nära krökta gränser.

Experimentera med olika granulära material, laget fann också att form är en viktig faktor för att bestämma flöde, till exempel rör sig långsträckta kornkorn snabbare än sina sfäriska motsvarigheter. I andra situationer, olika typer av spannmål kan ha en tendens att gruppera sig, eller "segregera", ungefär som när man tömmer en spannmålslåda.

Forskarnas resultat kan tillämpas på ett antal branscher, som att hjälpa till att utveckla bättre silolösningar för ätliga spannmål, förhindra slöseri och förstörelse i både jordbruk och livsmedelsproduktion i stor skala, samt effektivare transport och lagring av gruvresurser.

"Tills nu, förstå granulära rörelser i ogenomskinliga material har länge varit en utmaning för många industrier som teknik, vetenskap, gruvdrift och till och med jordbruk, "förklarade Dr. James Baker.

"De potentiella fördelarna spänner över många områden, oavsett om det handlar om att förstå blandningen av farmaceutiska pulver eller effektiv transport av matkorn eller byggmaterial. "

Professor Einav hoppas att hans teams kreativa tillvägagångssätt i att använda ett logikspel för att besvara en lång missförstådd vetenskaplig fråga kan hjälpa till att tänka om andra forskningssätt, "Vi har framgångsrikt tillämpat ett nytt tillvägagångssätt för en pågående fråga - så vi måste fråga hur andra spel kan hjälpa oss att göra ytterligare genombrott?"

Pappret, Röntgenreografi avslöjar plana granulära flöden trots icke-plana väggar skrevs tillsammans med professor Itai Einav, Dr James Baker, Dr François Guillard och Dr Benjy Marks och publicerades i Naturkommunikation den 30 november.