Обнаружение заражения насекомыми деревьев на ранних стадиях

Заражение насекомыми становится все более дорогостоящей проблемой для лесной промышленности, особенно в районах, где наблюдаются усиленные засухи и жаркие периоды, связанные с изменением климата. Новая методика получения терагерцового изображения может помочь замедлить распространение этих инвазий, обнаруживая повреждение насекомыми внутренней части дерева, прежде чем это станет видимым снаружи. Наш подход можно использовать для обнаружения заражения насекомыми стволов деревьев на ранних стадиях, идет ли речь об импортируемой древесине или изделиях из древесины, на ранней стадии заражения, говорит член исследовательской группы Кирсти Крюгенер из Университета прикладных наук и искусств, Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, HAWK, что в Германии.

Это может помочь предотвратить попадание вредных насекомых из других стран и остановить заражение, прежде чем оно распространится по всему лесу. В выпускаемом Optical Society журнале Applied Optics исследователи сообщают, как они использовали терагерцовую времяпролетную томографию для неинвазивной идентификации образцов древесины с невидимым в противном случае повреждением от жука-типографа, который заражает ель и другие хвойные деревья в Европе.

Им также удалось восстановить внутреннюю структуру образцов древесины. Обнаружение входных скважин уничтожающих древесину насекомых обычно производится путем ручной проверки древесины, а затем оценивается зараженный участок леса, который необходимо ликвидировать, говорит Кирсти Крюгенер.

Насколько нам известно, это первый раз, когда для обнаружения скважин насекомых был использован технический метод. Применение нового подхода к изготовлению соответствующего переносного инструмента может позволить оценить состояние отдельных деревьев в лесу, так что в данном случае необходимо удаление только зараженных деревьев. Терагерцевая область электромагнитного спектра лежит между микроволновой и инфракрасной областями.

Терагерцовая времяпролетная томография во многом похожа на ультразвуковое измерение в том смысле, что каждая граница раздела в образце древесины отражает определенное количество терагерцового излучения, которое обнаруживается и анализируется в зависимости от его временного порядка.

Каждый ход, проточенный насекомыми, ведет к новому интерфейсу, на котором отражается излучение. Зараженный образец будет отражать больше терагерцового излучения, чем незараженный, потому что будет меньше интерфейсов, говорит Кирсти Крюгенер.

Кроме того, отдельные отраженные терагерцовые сигналы можно использовать для формирования изображения всей области, чтобы можно было визуализировать внутреннюю структуру зараженной древесины. Хотя терагерцовая времяпролетная томография использовалась почти 20 лет, до недавнего времени она могла применяться только для плоских образцов.

Два года назад исследователи разработали новые процедуры использования робот-манипулятора для сканирования образца произвольной формы по точкам, удерживая при этом головку излучателя-приемника перпендикулярно поверхности образца и на определенном расстоянии от нее. Исследователи применили эти методы для изображения образцов древесины как с известной, так и с неизвестной внутренней структурой.

Они сравнили результаты с традиционными томографическими методами и обнаружили, что внутренняя структура, реконструированная по терагерцовым сигналам, хорошо согласуется с тем, что может быть достигнуто с помощью рентгеновской или компьютерной томографии. И смогли различить зараженные и не зараженные образцы, обнаружив норы жуков-типографов, которые находились на глубине до 1 сантиметра под поверхностью древесины.

Разрешение по глубине измерений в терагерцах выше, чем у традиционных рентгеновских методов, и сравнимо с микрокомпьютерной томографией, говорит Кирсти Крюгенер. Однако, в отличие от микрокомпьютерной томографии, терагерцовую систему можно использовать с образцом любого размера.

В настоящее время исследователи работают над повышением скорости измерений и анализа данных, а также разрабатывают более сложный анализ данных, чтобы сделать этот метод более практичным для обнаружения зараженной древесины. Они также хотят разработать портативный инструмент, который можно было бы использовать в полевых условиях.