L'imaging diretto delle cricche dinamiche nel momento in cui si verificano può dirci molto sulla fisica della fratturazione e sulle proprietà dei materiali di fratturazione, che andrebbero a beneficio di molti campi che vanno dalla scienza dei materiali all'ingegneria all'edilizia. Però, il processo di frattura avviene in un batter d'occhio, con cricche dinamiche che si propagano attraverso diversi centimetri di alcuni materiali morbidi in solo un decimo di secondo. Le fotocamere ad alta velocità possono essere utilizzate per visualizzare direttamente la fessurazione dinamica in alcuni materiali, ma tale attrezzatura è costosa e può essere difficile da usare in alcune situazioni o con determinati materiali.

All'incontro di marzo dell'American Physical Society 2019 a Boston, John Kolinski dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne a Losanna, Svizzera, presenterà una nuova tecnica di imaging nota come tecnica del fotogramma virtuale che lui e i colleghi Samuel Dillavou e Shmuel Rubinstein dell'Università di Harvard hanno sviluppato che consente alle normali fotocamere digitali di catturare milioni di fotogrammi al secondo per diversi secondi mantenendo un'elevata risoluzione spaziale. Parteciperà inoltre a una conferenza stampa di descrizione del lavoro. Le informazioni per l'accesso per guardare e porre domande in remoto sono incluse alla fine di questo comunicato stampa.

La tecnica della cornice virtuale utilizza la profondità di bit del sensore della fotocamera, la quantità di informazioni che il sensore può ottenere, per aumentare drasticamente il frame rate. Il cracking e molti altri processi fisici sono binari; Per esempio, il materiale è incrinato o non incrinato. Così, sono necessari solo due bit per visualizzare una crepa. Un sensore di immagine con una profondità di bit di 16 bit ne ha più di 65, 000 valori di colore o scala di grigi, il che significa che è possibile produrre migliaia di fotogrammi virtuali durante una singola esposizione. L'uso di tempi precisi della fotocamera e un breve impulso di luce intensa può aumentare ulteriormente la frequenza dei fotogrammi. "In un recente studio che utilizza la tecnica del frame virtuale, otteniamo frame rate virtuali superiori a 60 milioni al secondo utilizzando un time-gating preciso e un sensore della fotocamera con una notevole profondità di bit, " ha detto Kolinski.

Utilizzando la tecnica del frame virtuale, praticamente qualsiasi fotocamera può visualizzare direttamente le crepe dinamiche man mano che si formano. Inoltre, può essere utilizzato per studiare altri processi fisici veloci che si verificano alle interfacce tra solidi e fluidi, come la bagnatura che si verifica quando una goccia di liquido colpisce una superficie del materiale. L'unico requisito è che il solido sia opaco, che si tratti di un materiale da costruzione o di una sostanza morbida come un polimero. "Essenzialmente qualsiasi materiale potrebbe essere ripreso con la tecnica della cornice virtuale, " ha detto Kolinski.

I ricercatori hanno testato la tecnica della cornice virtuale utilizzando diversi tipi di fotocamere con diverse sensibilità e profondità di bit che vanno dalle sofisticate fotocamere consumer ad alta velocità e di fascia alta alle fotocamere per smartphone. Ogni tipo di fotocamera è stato in grado di raggiungere frame rate molto più elevati utilizzando la tecnica del frame virtuale, che secondo Kolinski potrebbe portare al suo utilizzo in future app per dispositivi mobili in grado di misurare le proprietà dei materiali.

Questa nuova tecnica di imaging promette un modo più semplice per studiare la frattura e altri processi fisici veloci alle interfacce dei materiali. L'utilizzo di normali fotocamere consumer per acquisire migliaia o più fotogrammi al secondo consente di studiare la resistenza alla frattura e altre proprietà dei materiali da costruzione, e se utilizzato in app mobili un giorno, la nuova tecnica potrebbe integrare o addirittura sostituire il costoso hardware di test con un pezzo di software.