Usando cuatro cámaras de teléfonos inteligentes de bajo costo y una retroiluminación de color simple, Los investigadores de KAUST han prescindido de costosos equipos de cámara de grado de investigación y láseres peligrosos para construir un sistema tomográfico de velocimetría de imágenes de partículas (PIV) que es capaz de visualizar el flujo cuantitativo. El estudio de prueba de concepto demuestra el poder de investigación de los dispositivos cotidianos, y pone una herramienta de vanguardia al alcance de un grupo más amplio de investigadores y educadores.

El PIV tomográfico se considera el santo grial de la mecánica de fluidos experimental:permite observar los campos de flujo en tres dimensiones con una resolución espacial fina mediante el seguimiento del movimiento de las partículas trazadoras utilizando una serie de cámaras digitales. La técnica consiste en iluminar el volumen de fluido con un láser de alta intensidad y registrar la luz dispersada por las partículas trazadoras utilizando costosos, alta velocidad, Cámaras de alta sensibilidad. Luego, estas imágenes se procesan mediante algoritmos simples de reconstrucción tomográfica para reproducir la posición de las partículas y seguir su movimiento a lo largo del tiempo para obtener el campo de velocidad tridimensional.

"Tener acceso a PIV tomográfico por primera vez permite el cálculo de estructuras de vórtice completo en un flujo turbulento, ", dice Sigurdur Thoroddsen, quien dirigió el equipo de investigación." Esto puede beneficiar a muchas aplicaciones que involucran turbulencias, como mezclar o reducir el arrastre para flujos sobre superficies aerodinámicas o autos de Fórmula 1 e incluso estudiar nadadores y animales voladores.

"Pero la técnica es prohibitivamente cara para muchos investigadores, ", continúa Thoroddsen. Creemos que debería ser posible utilizar dispositivos de consumo convencionales para producir una investigación de alta calidad sobre varios problemas de flujo".

El sistema PIV del teléfono inteligente consta de cuatro cámaras de teléfono inteligente de 41 megapíxeles colocadas en diferentes ángulos alrededor del volumen de flujo; en este caso, un tanque de vidrio lleno de agua en movimiento y partículas trazadoras de poliestireno que forman un flujo de anillo de vórtice. Para superar la baja sensibilidad de las cámaras del teléfono, las cámaras se configuraron para fotografiar las sombras de las partículas trazadoras proyectadas por el azul, luces LED verdes y rojas, imprimiendo en la misma imagen los tres colores (ver imagen). Los resultados se comparan bien con los obtenidos utilizando un sistema PIV tomográfico comercial, con desviaciones en el flujo de circulación de menos del 8 por ciento.

"Con la incorporación del zoom óptico como se ve en algunos de los últimos teléfonos, y la capacidad de tomar clips de video '4k' o incluso videos en cámara lenta, esperamos ver un aumento significativo en las posibilidades de este enfoque, "dice Thoroddsen." Ya hemos reservado los últimos teléfonos para ampliar nuestro trabajo ".