Новый метод «матрицы отпечатков» позволяет находить объекты, скрытые в песке

Международная группа исследователей разработала инновационный метод, позволяющий обнаруживать объекты, скрытые в средах, полностью непрозрачных для человеческого глаза, таких как песок или плотные облака. Технология, названная «матрицей отпечатков», успешно прошла испытания по поиску металлических предметов в песке и показала свою эффективность в медицинской визуализации.

Слева: Художественное изображение металлических сфер, погребённых в стеклянных шариках. В центре: Изображение, полученное с помощью обычного ультразвука. Справа: С новой технологией положение металлических сфер можно точно определить. Автор: TU Wien / Arthur Le Ber

Обычные методы визуализации, будь то фотография или ультразвук, сталкиваются с фундаментальной проблемой — явлением многократного рассеяния. Волны (световые или звуковые) рассеиваются не только целевым объектом, но и окружающей средой, в результате чего на измерительное устройство приходит сильно искажённый сигнал, в котором невозможно распознать искомый объект.

Новый подход решает эту проблему. Сначала объект изучается в среде без помех, и вычисляется его уникальная «матрица рассеяния» — своего рода физический отпечаток пальца, описывающий, как объект рассеивает волны. Затем объект скрывается в сильно рассеивающей среде, например, закапывается в песок.

«Мы не можем видеть объект, но отражённая ультразвуковая волна, которая попадает на микрофоны измерительного устройства, по-прежнему несёт информацию о том, что она вступила в контакт с объектом, который мы ищем в песке», — объясняет профессор Штефан Роттер из Венского технологического университета.

Сравнивая измеренный в песке сигнал с исходной «матрицей отпечатков», математический алгоритм позволяет вычислить местоположение скрытого объекта.

Метод был опробован для поиска стальных шаров в песке, а также в медицине — для точного определения маркеров, используемых при мониторинге рецидива рака груди, и для измерения мышечных волокон при диагностике заболеваний сердца.

«Концепция матрицы отпечатков очень универсальна — она применима не только для ультразвука, но и для обнаружения с помощью света», — говорит Роттер.

ИИ: Эта технология выглядит крайне перспективно. В будущем она может найти применение не только в медицине и геолокации, но и, например, в системах безопасности для обнаружения скрытых предметов или в археологии для неинвазивного исследования захоронений.