Usando quatro câmeras de smartphone de baixo custo e alguma luz de fundo colorida simples, Os pesquisadores da KAUST dispensaram equipamentos caros de câmeras de nível de pesquisa e lasers perigosos para construir um sistema de velocimetria de imagem de partícula tomográfica (PIV) que é capaz de visualização quantitativa do fluxo. O estudo de prova de conceito demonstra o poder de pesquisa dos dispositivos do dia a dia, e coloca uma ferramenta de última geração ao alcance de um grupo mais amplo de pesquisadores e educadores.

O PIV tomográfico é considerado o santo graal da mecânica dos fluidos experimental:ele permite que os campos de fluxo sejam observados em três dimensões em uma resolução espacial fina, rastreando o movimento das partículas traçadoras usando uma série de câmeras digitais. A técnica envolve iluminar o volume do fluido com um laser de alta intensidade e registrar a luz espalhada pelas partículas traçadoras usando caras, alta velocidade, câmeras de alta sensibilidade. Essas imagens são então processadas por algoritmos de reconstrução tomográfica simples para reproduzir a posição das partículas e rastrear seu movimento ao longo do tempo para fornecer o campo de velocidade 3-D.

"Ter acesso ao PIV tomográfico pela primeira vez permite o cálculo de estruturas de vórtice completas em um fluxo turbulento, "diz Sigurdur Thoroddsen, que liderou a equipe de pesquisa." Isso pode beneficiar muitas aplicações que envolvem turbulência, como misturar ou reduzir o arrasto para fluxos em aerofólios ou carros de Fórmula 1 e até mesmo estudar nadadores e animais voadores.

“Mas a técnica é proibitivamente cara para muitos pesquisadores, "continua Thoroddsen." Acreditamos que deveria ser possível usar dispositivos de consumo convencionais para produzir pesquisas de alta qualidade em vários problemas de fluxo. "

O sistema PIV do smartphone consiste em quatro câmeras de smartphone de 41 megapixels posicionadas em ângulos diferentes em torno do volume do fluxo - neste caso, um tanque de vidro cheio de água em movimento e partículas traçadoras de poliestireno formando um fluxo de anel de vórtice. Para superar a baixa sensibilidade das câmeras do telefone, as câmeras foram configuradas para fotografar as sombras das partículas traçadoras lançadas pelo azul, luzes LED verdes e vermelhas, imprimindo na mesma imagem todas as três cores (veja a imagem). Os resultados se comparam bem com aqueles obtidos usando um sistema PIV tomográfico comercial, com desvios no fluxo de circulação de menos de 8 por cento.

"Com a adição do zoom óptico, como visto em alguns dos telefones mais recentes, e a capacidade de fazer videoclipes '4k' ou até mesmo vídeo em câmera lenta, esperamos ver um aumento significativo nas possibilidades desta abordagem, "diz Thoroddsen." Já encomendamos os telefones mais recentes para estender nosso trabalho. "