L'infestazione da insetti sta diventando un problema sempre più costoso per l'industria forestale, soprattutto nelle aree che stanno vivendo un aumento della siccità e dei periodi di caldo legati al cambiamento climatico. Una nuova tecnica di imaging terahertz potrebbe aiutare a rallentare la diffusione di queste infestazioni rilevando i danni causati dagli insetti all'interno del legno prima che diventino visibili all'esterno.

"Il nostro approccio potrebbe essere utilizzato per rilevare l'infestazione di insetti in fase iniziale sui tronchi degli alberi, in legno importato o su prodotti in legno in una fase iniziale di infestazione, ", ha affermato Kirsti Krügener, membro del team di ricerca, dalla HAWK University of Applied Science and Arts in Germania. "Questo potrebbe aiutare a tenere lontani gli insetti dannosi provenienti da altri paesi e fermare l'infestazione prima che si diffonda in una foresta".

Nella rivista Optical Society Ottica applicata , i ricercatori riferiscono di come hanno utilizzato la tomografia a tempo di volo terahertz per identificare in modo non invasivo campioni di legno con danni altrimenti invisibili dal coleottero tipografo, che infetta l'abete rosso e altre conifere in Europa. Sono stati anche in grado di ricostruire la struttura interna dei campioni di legno.

"Il rilevamento dei fori degli insetti che distruggono il legno viene in genere effettuato ispezionando manualmente il legno, e viene quindi stimata l'area infetta della foresta da rimuovere, " disse Krugener. "A nostra conoscenza, questa è la prima volta che viene utilizzato un metodo tecnico per rilevare i fori degli insetti".

Incorporare il nuovo approccio in uno strumento portatile potrebbe consentire la valutazione dei singoli alberi in una foresta in modo che solo gli alberi infestati dovrebbero essere rimossi. Poiché non danneggia il campione sottoposto a imaging, la tecnica potrebbe essere utile anche per indagare sulle mummie, studiare e restaurare l'arte o per il controllo della qualità nell'industria.

Vedere sotto la superficie

La regione dei terahertz dello spettro elettromagnetico si trova tra le regioni delle microonde e dell'infrarosso. Viene utilizzato per applicazioni come gli scanner a corpo intero presenti in molti aeroporti perché non danneggia le persone o i materiali esaminati e può vedere attraverso materiali come vestiti, plastica e materiale vegetale.

La tomografia a tempo di volo Terahertz funziona in modo molto simile alla misurazione ultrasonica in quanto ogni interfaccia all'interno del campione di legno riflette una certa quantità di radiazione terahertz che viene rilevata e analizzata rispetto al suo ordine dipendente dal tempo. Ogni tunnel sotterraneo realizzato dagli insetti conduce a una nuova interfaccia su cui si riflette la radiazione.

"Un campione infestato rifletterà più radiazioni terahertz di uno non infetto perché ci saranno meno interfacce, " disse Krugener. "Inoltre, i singoli segnali terahertz riflessi possono essere utilizzati per formare un'immagine di un'intera area in modo da poter visualizzare la struttura interna del legno infestato".

Oltre le superfici piane

Sebbene la tomografia a tempo di volo terahertz sia stata utilizzata per quasi 20 anni, fino a poco tempo si poteva applicare solo a campioni piatti. Due anni fa, i ricercatori hanno sviluppato nuove procedure per utilizzare un braccio robotico per scansionare un campione di forma arbitraria punto per punto mantenendo la testa emettitore-ricevitore perpendicolare a, e a distanza definita da, la superficie del campione.

I ricercatori hanno applicato questi metodi all'immagine di campioni di legno con strutture interne note e sconosciute. Hanno confrontato i risultati con le tecniche tomografiche convenzionali e hanno scoperto che la struttura interna ricostruita da segnali terahertz corrispondeva bene a ciò che si può ottenere con i raggi X o la tomografia computerizzata. Sono stati in grado di distinguere tra campioni infestati e non infestati rilevando le tane dei coleotteri tipografi che si trovavano fino a 1 centimetro sotto la superficie del legno.

"La risoluzione della profondità delle misurazioni dei terahertz è superiore a quella delle tecniche a raggi X convenzionali e paragonabile alla micro-TC, " disse Krugener. "Tuttavia, a differenza della micro-TC, il sistema terahertz può essere utilizzato con campioni di qualsiasi dimensione."

I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare la velocità della misurazione e dell'analisi dei dati e anche sviluppare un'analisi dei dati più complessa per rendere il metodo più pratico per rilevare il legno infestato. Vogliono anche sviluppare uno strumento portatile che possa essere utilizzato sul campo.