Ao passear na praia, nossas pegadas nos dizem que a areia sob a superfície deve ter se movido, mas não exatamente para onde ou como. Movimentos semelhantes ocorrem em muitas outras substâncias naturais e artificiais, como neve, materiais de construção, pós farmacêuticos, e até cereais.

Para examinar esses movimentos granulares amplamente desconhecidos, acadêmicos do Sydney Centre in Geomechanics and Mining Materials (SciGEM), incluindo Professor de Engenharia Civil, Itai Einav e Postdoctoral Research Associate, O Dr. James Baker desenvolveu um novo método de raios-X que permite aos cientistas ver o interior dos fluxos granulares. Reografia de raios-X nomeada, ou "fluxo de escrita", sua abordagem reúne informações usando radiografia de alta velocidade de 3 pontos, e então reúne essas informações resolvendo um quebra-cabeça no estilo Sudoku.

"Imagine café em moinhos, arroz em silos, e minerais em transportadores - há muito tempo sabemos que os grãos escondidos dentro do granel se movem, mas até agora não entendemos exatamente como. Nossa reografia de raios-X é o primeiro método físico para resolver isso, "explicou o professor Einav.

Esta descoberta é a mais recente a surgir do laboratório "DynamiX" da equipe, Uma única, instalação personalizada que foi estabelecida em 2015 para investigar o fluxo de mídia granular. O laboratório consiste em uma grande sala de raios-X revestida de chumbo, com três pares de fonte-detector móvel para permitir a interrogação de vários experimentos diferentes, e uma sala de controle externa.

A nova técnica de reografia de raios-X tem a capacidade de formar uma imagem tridimensional de grãos em movimento, o que ajudou os pesquisadores a entender melhor como as partículas fluem e se comportam em várias circunstâncias. Em muitos exemplos, eles descobriram que a mídia granular tende a fluir em padrões e ondas únicos.

"Ao contrário dos fluidos, descobrimos que confinado, fluxos granulares estáveis ​​tridimensionais surgem através de ciclos de contração e expansão, à la 'pulmões granulares'. Novamente, ao contrário de fluidos, também descobrimos que os grãos tendem a viajar ao longo de linhas paralelas, mesmo perto de limites curvos.

Fazendo experiências com vários materiais granulares, a equipe também descobriu que a forma é um fator importante na determinação do fluxo, por exemplo, os grãos de cevada alongados se movem mais rápido do que seus equivalentes esféricos. Em outras situações, diferentes tipos de grãos podem ter uma tendência a se agrupar, ou "segregar", muito parecido com o esvaziamento de uma caixa de cereal.

As descobertas dos pesquisadores podem ser aplicadas a uma série de indústrias, como ajudar a desenvolver melhores soluções de silos para grãos comestíveis, prevenção do desperdício e deterioração na agricultura e na fabricação de alimentos em grande escala, bem como transporte e armazenamento mais eficientes de recursos de mineração.

"Até agora, compreender os movimentos granulares em materiais opacos tem sido um desafio para muitas indústrias, como engenharia, Ciência, mineração e até agricultura, "explicou o Dr. James Baker.

"Os benefícios potenciais abrangem muitas áreas, seja na compreensão da mistura de pós farmacêuticos ou no transporte eficiente de grãos alimentícios ou materiais de construção. "

O professor Einav espera que a abordagem criativa de sua equipe ao usar um jogo de lógica para responder a uma questão científica há muito mal compreendida possa ajudar a repensar outras abordagens de pesquisa. "Aplicamos com sucesso uma nova abordagem a um problema em andamento - portanto, devemos nos perguntar como outros jogos podem nos ajudar a fazer mais descobertas?"

O papel, A reografia de raios-X revela fluxos granulares planos, apesar das paredes não planas ter sido co-escrito pelo Professor Itai Einav, Dr. James Baker, Dr. François Guillard e Dr. Benjy Marks e foi publicado em Nature Communications em 30 de novembro.