I segreti degli artisti del 17° secolo possono ora essere svelati, grazie all'elaborazione del segnale del 21° secolo. Utilizzando moderni scanner ad alta velocità e tecniche avanzate di elaborazione del segnale, i ricercatori del Georgia Institute of Technology stanno scrutando attraverso strati di pigmento per vedere come i pittori preparavano le loro tele, fondi applicati, e costruito strato su strato di vernice per produrre i loro capolavori.

Le immagini che producono utilizzando gli scanner terahertz e la tecnica di elaborazione - che è stata sviluppata principalmente per l'esplorazione del petrolio - forniscono uno sguardo senza precedenti su come gli artisti hanno fatto il loro lavoro tre secoli fa. Il livello di dettaglio prodotto da questa tecnica di riflettometria terahertz potrebbe aiutare i conservatori d'arte a individuare precedenti restauri di dipinti, evidenziare potenziali danni e assistere nell'autenticazione delle vecchie opere.

Oltre la vecchia arte, la tecnica non distruttiva ha anche potenziali applicazioni per rilevare il cancro della pelle, garantire la corretta adesione dei rivestimenti delle pale delle turbine e misurare lo spessore delle vernici per autoveicoli. Lo studio è stato riportato l'8 novembre sulla rivista Rapporti scientifici .

"Questa tecnica ci permette di vedere ad alta risoluzione cosa c'è sotto la superficie di un dipinto, valutare in modo approfondito che tipo di tecnica è stata utilizzata, e per determinare quali difetti possono essere presenti, " disse Alexandre Locquet, professore a contratto presso la School of Electrical and Computer Engineering della Georgia Tech e ricercatore presso il laboratorio internazionale Georgia Tech-CNRS di Metz, Francia. "Utilizzando questo, possiamo ottenere informazioni che gli storici dell'arte in precedenza non avevano, e possiamo fornire informazioni che possono essere utili alla conservazione e al restauro di questi antichi dipinti".

I ricercatori hanno studiato il dipinto "Madonna in Preghiera" della bottega di Giovanni Battista Salvi da Sassoferrato, che era in prestito dal Musée de la Cour d'Or, Metz Metropole, Francia. L'esame è iniziato posizionando l'opera d'arte a faccia in giù su un dispositivo a portale progettato per sostenere la tela senza cedimenti.

Utilizzando uno scanner terahertz commerciale, il dipinto è stato poi esaminato ogni 200 micron circa mediante impulsi di radiazione terahertz. Lo scanner è costituito da un generatore di onde elettromagnetiche, che emette segnali che sono penetrati attraverso strati successivi del dipinto.

Porzioni del raggio riflesse dalla vernice, producendo segnali da ogni strato mentre lo scanner si spostava sul dipinto in uno schema raster simile a quello utilizzato per creare immagini televisive.

Un computer che utilizza una tecnica di elaborazione del segnale nota come deconvoluzione nel dominio del tempo basata sulla sparsità ha quindi elaborato i dati, separando i segnali riflessi da ogni strato per costruire una mappa tridimensionale dell'immagine. Il supporto in tela, terreno, imprimatura, pittura di fondo, sono stati identificati strati pittorici e di vernice, insieme a un restauro della vernice precedentemente sconosciuto.

"La nostra tecnica è simile al modo in cui la sismologia può essere utilizzata per identificare i vari strati di roccia nel terreno, "ha detto David Citrin, un professore della Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering. "In quel caso, i sismologi inviano un impulso acustico e quindi misurano gli echi risultanti. In un modo simile, usiamo un impulso di radiazione elettromagnetica alla frequenza di circa un terahertz e poi osserviamo le riflessioni dei vari strati, una scienza nota come stratigrafia."

Senza l'elaborazione del segnale, i ricercatori potrebbero essere in grado di identificare solo strati spessi da 100 a 150 micron. Ma utilizzando l'elaborazione avanzata, possono distinguere strati di soli 20 micron di spessore. I dipinti realizzati prima del XVIII secolo sono stati difficili da studiare perché i loro strati di pittura tendono ad essere sottili, Citrina ha detto. I singoli pigmenti non possono essere risolti con la tecnica, anche se i ricercatori sperano di essere in grado di ottenere tali informazioni in futuro.

"Questo è davvero molto significativo, perché per anni le persone hanno cercato di utilizzare dati grezzi, ma non puoi davvero vedere molto in questo senza elaborare i segnali, " ha detto. "Ci vuole l'accoppiamento dei segnali terahertz con l'elaborazione del segnale per fare davvero la differenza".

Radiazioni terahertz, noto anche come radiazione submillimetrica, opera a frequenze tremendamente alte. Può facilmente penetrare strati di vernice, sebbene possa essere bloccato da pigmenti conduttivi come il nerofumo. La tecnica di imaging terahertz può integrare le tecniche convenzionali di analisi dell'arte come i raggi X, risonanza magnetica nucleare, e imaging ottico.

Il gruppo di ricerca, che includeva lo studente laureato Junliang Dong e il collaboratore Marcello Melis, ha studiato anche altri dipinti, e prevede di ritrarre una piccola parte di un dipinto su tavola del XII secolo. Quel lavoro sarà impegnativo perché la vernice è sottile e la superficie del legno danneggiata.

Citrin ritiene che lo studio sia il primo a rilevare i singoli strati di vernice in un'opera d'arte precedente al XVIII secolo.

"Diverse tecniche forniscono diverse informazioni che potrebbero essere utili a conservatori d'arte e storici, " ha detto. "Terahertz ci offre la capacità combinata di visualizzare un oggetto di grandi dimensioni in modo relativamente rapido ed economico. Abbiamo dimostrato che non è necessario un sistema sofisticato per estrarre informazioni utili".

Oltre i dipinti, Il gruppo di ricerca di Citrin ha anche ripreso una moneta bizantina attraverso uno spesso strato di ossidazione, e sta tentando di leggere un'iscrizione in una croce funeraria medievale in piombo anch'essa oscurata da uno strato di ossido. Stanno anche collaborando con un gruppo di ricerca di Hong Kong per utilizzare la tecnica per caratterizzare gli strati della pelle per il rilevamento del cancro della pelle e con un altro gruppo per misurare i danni nei materiali compositi.

"L'imaging Terahertz è ancora un campo emergente che deve trovare le sue migliori applicazioni, " ha detto Locquet. "Speriamo di contribuire a questo, e siamo lieti di applicare la scienza e l'ingegneria per supportare le discipline umanistiche."