Quando si passeggia lungo la spiaggia, le nostre impronte ci dicono che la sabbia sotto la superficie deve essersi spostata ma non esattamente dove o come. Movimenti simili si verificano in molte altre sostanze naturali e artificiali, come la neve, materiali di costruzione, polveri farmaceutiche, e persino cereali.

Per esaminare questi movimenti granulari in gran parte sconosciuti, accademici del Sydney Centre in Geomechanics and Mining Materials (SciGEM) tra cui professore di ingegneria civile, Itai Einav e assegnista di ricerca post-dottorato, Il Dr. James Baker ha sviluppato un nuovo metodo a raggi X che consente agli scienziati di vedere all'interno dei flussi granulari. Chiamata reografia a raggi X, o "flusso di scrittura", il loro approccio raccoglie informazioni utilizzando la radiografia ad alta velocità a 3 punti, e poi assembla queste informazioni risolvendo un puzzle in stile Sudoku.

"Immagina il caffè nei macinini, riso in silos, e minerali sui nastri trasportatori:da molto tempo sappiamo che i grani nascosti all'interno della massa si muovono, ma fino ad ora non abbiamo capito con precisione come. La nostra reografia a raggi X è il primo metodo fisico per risolvere questo problema, " ha spiegato il professor Einav.

Questa svolta è l'ultima nata dal laboratorio "DynamiX" del team, un unico, struttura su misura fondata nel 2015 per studiare i fluidi granulari scorrevoli. Il laboratorio è costituito da un'ampia sala radiologica piombata, con tre coppie sorgente-rivelatore mobili per consentire l'interrogazione di numerosi esperimenti diversi, e una sala di controllo esterna.

La nuova tecnica di reografia a raggi X ha la capacità di formare un'immagine tridimensionale di grani in movimento, che ha aiutato i ricercatori a capire meglio come le particelle scorrono e si comportano in varie circostanze. In molti esempi hanno scoperto che i mezzi granulari tendono a fluire secondo schemi e onde unici.

"A differenza dei fluidi, abbiamo scoperto che confinato, flussi granulari stabili tridimensionali sorgono attraverso cicli di contrazione ed espansione, à la 'polmoni granulari'. Ancora, a differenza dei fluidi, abbiamo anche scoperto che i grani tendono a viaggiare lungo linee parallele, anche vicino a confini curvi.

Sperimentazione con vari materiali granulari, il team ha anche scoperto che la forma è un fattore importante nel determinare il flusso, per esempio i chicchi d'orzo allungati si muovono più velocemente delle loro controparti sferiche. In altre situazioni, diversi tipi di cereali possono avere la tendenza a raggrupparsi, o "segregare", proprio come quando si svuota una scatola di cereali.

I risultati dei ricercatori possono essere applicati a una serie di settori, come aiutare a sviluppare migliori soluzioni di silo per cereali commestibili, prevenire gli sprechi e il deterioramento sia nell'agricoltura che nella produzione alimentare su larga scala, così come un trasporto più efficiente e lo stoccaggio delle risorse minerarie.

"Fino ad ora, comprendere i movimenti granulari nei materiali opachi è stata a lungo una sfida per molti settori come l'ingegneria, scienza, minerario e persino agricolo, " ha spiegato il dottor James Baker.

"I potenziali vantaggi spaziano in molte aree, che si tratti di comprendere la miscelazione di polveri farmaceutiche o il trasporto efficiente di cereali alimentari o materiali da costruzione".

Il professor Einav spera che l'approccio creativo del suo team nell'usare un gioco di logica per rispondere a un problema scientifico a lungo frainteso possa aiutare a ripensare ad altri approcci di ricerca, "Abbiamo applicato con successo un nuovo approccio a un problema in corso, quindi dobbiamo chiederci come altri giochi possono aiutarci a fare ulteriori scoperte?"

La carta, La reografia a raggi X rivela flussi granulari planari nonostante le pareti non planari sia stata co-scritta dal professor Itai Einav, Dottor James Baker, Dr François Guillard e Dr Benjy Marks ed è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 30 novembre.