La infestación de insectos se está convirtiendo en un problema cada vez más costoso para la industria forestal, especialmente en áreas que experimentan un aumento de sequías y períodos de calor relacionados con el cambio climático. Una nueva técnica de imágenes de terahercios podría ayudar a retrasar la propagación de estas infestaciones al detectar el daño de los insectos dentro de la madera antes de que se haga visible en el exterior.

"Nuestro enfoque podría usarse para detectar una infestación de insectos en etapa temprana en los troncos de los árboles, en madera importada o en productos de madera en una etapa temprana de infestación, "dijo el miembro del equipo de investigación Kirsti Krügener, de la Universidad de Artes y Ciencias Aplicadas de HAWK en Alemania. "Esto podría ayudar a mantener alejados a los insectos dañinos de otros países y detener la infestación antes de que se propague por el bosque".

En la revista Optical Society Óptica aplicada , los investigadores informan cómo utilizaron la tomografía de tiempo de vuelo en terahercios para identificar de forma no invasiva muestras de madera con daños que de otro modo serían invisibles por parte del escarabajo tipógrafo, que infecta abetos y otras coníferas en Europa. También pudieron reconstruir la estructura interna de muestras de madera.

"La detección de los pozos de los insectos destructores de la madera se realiza normalmente mediante la inspección manual de la madera, y luego se estima el área infectada del bosque que se eliminará, ", dijo Krügener." Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que se utiliza un método técnico para detectar perforaciones de insectos ".

La incorporación del nuevo enfoque en un instrumento portátil podría permitir la evaluación de árboles individuales en un bosque, de modo que solo sea necesario eliminar los árboles infestados. Debido a que no daña la muestra que se está fotografiando, la técnica también podría ser útil para investigar momias, estudiando y restaurando arte o para control de calidad en la industria.

Viendo debajo de la superficie

La región de terahercios del espectro electromagnético se encuentra entre las regiones de microondas e infrarrojos. Se utiliza para aplicaciones como los escáneres de cuerpo entero que se encuentran en muchos aeropuertos porque no daña a las personas ni a los materiales que se examinan y puede ver a través de materiales como la ropa, plásticos y material vegetal.

La tomografía de tiempo de vuelo de terahercios funciona de manera muy similar a la medición ultrasónica en el sentido de que cada interfaz dentro de la muestra de madera refleja una cierta cantidad de radiación de terahercios que se detecta y analiza con respecto a su orden dependiente del tiempo. Cada túnel subterráneo hecho por los insectos conduce a una nueva interfaz en la que se refleja la radiación.

"Una muestra infestada reflejará más radiación de terahercios que una que no está infectada porque habrá menos interfaces, ", dijo Krügener." Además, las señales de terahercios reflejadas individuales se pueden utilizar para formar una imagen de un área completa de modo que se pueda visualizar la estructura interna de la madera infestada ".

Más allá de las superficies planas

Aunque la tomografía de tiempo de vuelo de terahercios se ha utilizado durante casi 20 años, hasta hace poco solo se podía aplicar a muestras planas. Hace dos años, Los investigadores desarrollaron nuevos procedimientos para usar un brazo robótico para escanear una muestra de forma arbitraria punto por punto mientras se mantiene la cabeza emisor-receptor perpendicular a, y a una distancia definida de, la superficie de la muestra.

Los investigadores aplicaron esos métodos para obtener imágenes de muestras de madera con estructuras internas conocidas y desconocidas. Compararon los resultados con las técnicas tomográficas convencionales y encontraron que la estructura interna reconstruida a partir de señales de terahercios coincidía bien con lo que se puede lograr con rayos X o tomografía computarizada. Pudieron distinguir entre muestras infestadas y no infestadas al detectar madrigueras de escarabajos tipógrafos que estaban hasta 1 centímetro debajo de la superficie de la madera.

"La resolución de profundidad de las mediciones de terahercios es más alta que la de las técnicas de rayos X convencionales y comparable a la micro-CT, ", dijo Krügener." Sin embargo, a diferencia de micro-CT, el sistema de terahercios se puede utilizar con muestras de cualquier tamaño ".

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la velocidad de la medición y el análisis de datos y también desarrollar análisis de datos más complejos para hacer que el método sea más práctico para detectar madera infestada. También quieren desarrollar un instrumento portátil que pueda usarse en el campo.