Al pasear por la playa, Nuestras huellas nos dicen que la arena debajo de la superficie debe haberse movido, pero no exactamente dónde ni cómo. Movimientos similares ocurren en muchas otras sustancias naturales y artificiales, como la nieve, materiales de construcción, polvos farmacéuticos, e incluso cereales.

Para examinar estos movimientos granulares en gran parte desconocidos, académicos del Centro de Sydney en Geomecánica y Materiales de Minería (SciGEM), incluido el Profesor de Ingeniería Civil, Itai Einav y Asociado de Investigación Postdoctoral, El Dr. James Baker ha desarrollado un nuevo método de rayos X que permite a los científicos ver el interior de los flujos granulares. Reografía de rayos X con nombre, o "flujo de escritura", su enfoque recopila información utilizando radiografía de alta velocidad de 3 puntos, y luego reúne esta información resolviendo un rompecabezas estilo Sudoku.

"Imagínese café en molinillos, arroz en silos, y minerales en los transportadores:durante mucho tiempo hemos sabido que los granos ocultos dentro de la masa se mueven, pero hasta ahora no hemos entendido con precisión cómo. Nuestra reografía de rayos X es el primer método físico para resolver esto, "explicó el profesor Einav.

Este avance es el último que surge del laboratorio "DynamiX" del equipo, una única, instalación personalizada que se estableció en 2015 para investigar medios granulares fluidos. El laboratorio consta de una gran sala de rayos X revestida de plomo, con tres pares de fuente-detector móviles para permitir la interrogación de numerosos experimentos diferentes, y una sala de control externa.

La nueva técnica de reografía de rayos X tiene la capacidad de formar una imagen tridimensional de granos en movimiento, lo que ha ayudado a los investigadores a comprender mejor cómo fluyen y se comportan las partículas en diversas circunstancias. En muchos ejemplos, han descubierto que los medios granulares tienden a fluir en patrones y ondas únicos.

"A diferencia de los fluidos, descubrimos que confinado, Los flujos granulares estables tridimensionales surgen a través de ciclos de contracción y expansión, à la 'pulmones granulares'. De nuevo, a diferencia de los fluidos, También encontramos que los granos tienden a viajar a lo largo de líneas paralelas, incluso cerca de límites curvos.

Experimentando con varios materiales granulares, el equipo también descubrió que la forma es un factor importante para determinar el flujo, por ejemplo, los granos de cebada alargados se mueven más rápido que sus homólogos esféricos. En otras situaciones, diferentes tipos de granos pueden tener una tendencia a agruparse, o "segregar", como cuando se vacía una caja de cereal.

Los hallazgos de los investigadores se pueden aplicar a varias industrias, como ayudar a desarrollar mejores soluciones de silos para granos comestibles, prevenir el desperdicio y el deterioro tanto en la agricultura como en la fabricación de alimentos a gran escala, así como un transporte y almacenamiento más eficientes de los recursos mineros.

"Hasta ahora, La comprensión de los movimientos granulares en materiales opacos ha sido durante mucho tiempo un desafío para muchas industrias, como la ingeniería, Ciencias, minería e incluso agricultura, "explicó el Dr. James Baker.

"Los beneficios potenciales abarcan muchas áreas, ya sea para comprender la mezcla de polvos farmacéuticos o el transporte eficiente de granos alimenticios o materiales de construcción ".

El profesor Einav espera que el enfoque creativo de su equipo al utilizar un juego de lógica para responder a un problema científico incomprendido durante mucho tiempo pueda ayudar a repensar otros enfoques de investigación, "Hemos aplicado con éxito un enfoque novedoso a un problema en curso, por lo que debemos preguntarnos cómo otros juegos pueden ayudarnos a lograr más avances".

El papel, La reografía de rayos X descubre flujos granulares planos a pesar de las paredes no planas fue coescrito por el profesor Itai Einav, Dr. James Baker, Dr. François Guillard y Dr. Benjy Marks y fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 30 de noviembre.