Direkt avbildning av dynamiska sprickor när de uppstår kan berätta mycket om sprickbildningens fysik och egenskaperna hos sprickmaterial, vilket skulle gynna många områden, allt från materialvetenskap till teknik till konstruktion. Dock, fraktureringsprocessen sker i ett ögonblick, med dynamiska sprickor som fortplantar sig genom flera centimeter av vissa mjuka material på bara en tiondels sekund. Höghastighetskameror kan användas för att direkt avbilda dynamiska sprickor i vissa material, men sådan utrustning är dyr och kan vara svår att använda i vissa situationer eller med vissa material.

Vid 2019 American Physical Society March Meeting i Boston, John Kolinski från Ecole Polytechnique Federale de Lausanne i Lausanne, Schweiz, kommer att presentera en ny bildteknik känd som den virtuella ramtekniken som han och kollegorna Samuel Dillavou och Shmuel Rubinstein från Harvard University utvecklat som gör att vanliga digitalkameror kan fånga miljontals bilder per sekund under flera sekunder med bibehållen hög rumslig upplösning. Han kommer också att delta i en presskonferens som beskriver arbetet. Information för att logga in för att titta och ställa frågor på distans finns i slutet av detta pressmeddelande.

Den virtuella ramtekniken använder en kamerasensors bitdjup, mängden information som sensorn kan få, för att dramatiskt öka bildfrekvensen. Sprickbildning och många andra fysiska processer är binära; till exempel, material är antingen sprucket eller inte sprucket. Således, bara två bitar behövs för att avbilda en spricka. En bildsensor med ett bitdjup på 16 bitar har mer än 65, 000 färg- eller gråskalevärden, vilket innebär att det är möjligt att producera tusentals virtuella bildrutor under en enda exponering. Att använda exakt kameratiming och en kort puls av intensivt ljus kan öka bildhastigheten ytterligare. "I en nyligen genomförd studie som använder den virtuella ramtekniken, vi får virtuella bildhastigheter som överstiger 60 miljoner per sekund med hjälp av exakt tidsstyrning och en kamerasensor med stort bitdjup, " sa Kolinski.

Med hjälp av den virtuella ramtekniken, praktiskt taget vilken kamera som helst kan direkt avbilda dynamiska sprickor när de bildas. Dessutom, den kan användas för att studera andra snabba fysikaliska processer som sker vid gränssnitt mellan fasta ämnen och vätskor, såsom vätning som uppstår när en vätskedroppe träffar en materialyta. Det enda kravet är att det fasta materialet är ogenomskinligt, oavsett om det är ett konstruktionsmaterial eller ett mjukt ämne som en polymer. "I princip vilket material som helst kan avbildas med den virtuella ramtekniken, " sa Kolinski.

Forskarna har testat den virtuella ramtekniken med hjälp av flera typer av kameror med olika känslighet och bitdjup, allt från sofistikerade höghastighets- och avancerade konsumentkameror till smartphonekameror. Varje typ av kamera kunde uppnå mycket högre bildhastigheter med hjälp av virtuell bildteknik, som Kolinski sa kan leda till användning i framtida appar för mobila enheter som kan mäta materialegenskaper.

Denna nya avbildningsteknik lovar ett enklare sätt att studera sprickbildning och andra snabba fysiska processer vid materialgränssnitt. Att använda vanliga konsumentkameror för att fånga tusentals eller fler bilder per sekund gör det möjligt att studera brottseghet och andra egenskaper hos byggmaterial, och om det används i mobilappar en dag, den nya tekniken kan komplettera eller till och med ersätta dyr testmaskinvara med en mjukvara.