Insektsangrepp blir ett allt dyrare problem för skogsindustrin, särskilt i områden som upplever ökad torka och heta perioder relaterade till klimatförändringar. En ny terahertz-bildteknik kan hjälpa till att bromsa spridningen av dessa angrepp genom att upptäcka insektsskador inuti trä innan de blir synliga på utsidan.

"Vår metod kan användas för att upptäcka insektsangrepp i ett tidigt skede på trädstammar, i importerat trä eller på träprodukter i ett tidigt angreppsstadium, " sa forskarteammedlemmen Kirsti Krügener, från HAWK University of Applied Science and Arts i Tyskland. "Detta kan hjälpa till att undvika skadliga insekter från andra länder och stoppa angrepp innan det sprider sig genom en skog."

I tidskriften Optical Society Tillämpad optik , forskarna rapporterar hur de använde terahertz time-of-flight tomografi för att icke-invasivt identifiera träprover med annars osynlig skada från typografbaggen, som infekterar gran och andra barrträd i Europa. De kunde också rekonstruera den inre strukturen hos träprover.

"Att upptäcka borrhålen hos träförstörande insekter görs vanligtvis genom att manuellt inspektera träet, och det infekterade området av skogen som ska tas bort uppskattas sedan, sade Krügener. Såvitt vi vet, det är första gången en teknisk metod har använts för att upptäcka insektsborrhål."

Att införliva det nya tillvägagångssättet i ett bärbart instrument skulle kunna göra det möjligt att bedöma enskilda träd i en skog så att endast angripna träd skulle behöva tas bort. Eftersom det inte skadar provet som avbildas, tekniken kan också vara användbar för att undersöka mumier, studera och restaurera konst eller för kvalitetskontroll inom industrin.

Att se under ytan

Terahertz-området i det elektromagnetiska spektrumet ligger mellan mikrovågs- ​​och infraröda områden. Det används för applikationer som helkroppsskannrar som finns på många flygplatser eftersom det inte skadar människor eller material som undersöks och kan se igenom material som kläder, plast och växtmaterial.

Terahertz time-of-flight tomografi fungerar ungefär som ultraljudsmätning genom att varje gränssnitt i träprovet återspeglar en viss mängd terahertz-strålning som detekteras och analyseras med avseende på dess tidsberoende ordning. Varje underjordisk tunnel som görs av insekterna leder till ett nytt gränssnitt där strålningen reflekteras.

"Ett angripet prov kommer att reflektera mer terahertzstrålning än ett som inte är infekterat eftersom det kommer att finnas färre gränssnitt, "sa Krügener." Dessutom de individuella reflekterade terahertz-signalerna kan användas för att bilda en bild av ett helt område så att den inre strukturen av angripet trä kan visualiseras."

Bortom plana ytor

Även om terahertz time-of-flight tomografi har använts i nästan 20 år, tills nyligen kunde den endast appliceras på platta prover. Två år sedan, forskarna utvecklade nya procedurer för att använda en robotarm för att skanna ett godtyckligt format prov punkt för punkt samtidigt som emitter-mottagarhuvudet hålls vinkelrätt mot, och på definierat avstånd från, provytan.

Forskarna tillämpade dessa metoder för att avbilda träprover med både kända och okända inre strukturer. De jämförde resultaten med konventionella tomografiska tekniker och fann att den inre strukturen rekonstruerad från terahertz-signaler stämde väl överens med vad som kan uppnås med röntgen- eller datortomografi. De kunde skilja mellan angripna och icke-angripna prover genom att upptäcka typografiska skalbaggar som låg upp till 1 centimeter under träets yta.

"Djupupplösningen för terahertzmätningarna är högre än den för konventionella röntgentekniker och jämförbar med mikro-CT, " sade Krügener. "Men, till skillnad från mikro-CT, terahertz-systemet kan användas med vilken storlek som helst."

Forskarna arbetar nu med att förbättra mätningens och dataanalysens hastighet och även utveckla mer komplex dataanalys för att göra metoden mer praktisk för att upptäcka angripet virke. De vill också utveckla ett bärbart instrument som skulle kunna användas i fält.