近五千年来，人类仅使用感官来研究其产品：铁匠听了大马士革钢的声音，大金字塔的建筑师不断摸索评估砖块的光滑度。 直到19世纪，直到无损检测（NDI）技术的历史开始，我们才知道如何在不拆卸或破坏人造物体的情况下探索它们。
当然，无损检测的故事始于销毁。
1854年，一台崭新的蒸汽锅炉在康涅狄格州哈特福德的一家工厂爆炸。 爆炸摧毁了车间，并夺走了21条生命。 在蒸汽机时代，尽管锅炉的安全性很大，但锅炉经常爆裂。 工程师只能隐约地怀疑微裂纹和金属疲劳的存在。 第一次在哈特福德发生爆炸，迫使当局建立了一个定期检查蒸汽锅炉的委员会。 那时，世界各地的工程师都在考虑如何进入无法拆卸和拆卸的内部。
到20世纪中叶，随后的科学技术革命为我们提供了旨在防止和预防各种麻烦的整个无损研究方法库。 这些技术包括X射线，磁共振成像（MRI），电磁辐射，计算机断层扫描甚至宇宙射线。 这些技术在医学，安全和制造业中的应用已广为人知，因此我们决定谈论NDI帮助我们和其他领域的同事进行的最艰巨的任务。
1. X射线如何帮助3D打印
如果我们可以“启发”任何对象，那么为什么不捕获其三维模型，然后不对其进行复制呢？ 东芝IT与控制系统公司（ITC）的工程师创造了最精确的X射线，可以为3D打印提供高清质量的现成3D模型-TX Lamino。 它的名字来自X光照相术-物体的逐层X射线检查技术，奠定了它的基础。
TX Lamino从不同的视角“穿透”对象，这有助于查看通过查看2D图像无法检测到的细节或缺陷。 该机器配备了纳米聚焦X射线发生器，也就是说，它可以将射线聚焦在直径小于1μm的光学点上，或者在TX Lamino的情况下为0.25μm。 这使您可以详细探索非常小的对象。 这种4百万像素的相机可产生比1像素像素的传统X射线更清晰的图像的四倍的图像，有助于纳米聚焦。
设备TX Lamino。 有了它，您可以为任何项目创建准确的3D模型。 资料来源：东芝ITC
X射线拍摄被摄对象的分层图像，然后将它们组合成逼真的3D模型，可以在监视器上以4K分辨率对其进行查看。 此外，如果需要，可以在2D模式下单独研究任何一个光敏层。 例如，软体动物的壳可以“分解”成层。
资料来源：东芝新闻和YouTube频道精选
然后，可以将模型变成3D打印机上的真实对象，并且即使我们说的是带有运动部件的电动机部件，其内部结构也将与原始模型完全相同。 例如，使用TX Lamino，可以创建带有旋转环的滚珠轴承的聚合物复制品。
使用TX Lamino制造的发动机零件的3D打印。 资料来源：东芝
和那个相同的方位。 资料来源：东芝ITC
和那个软体动物的壳。 资料来源：东芝
该技术使我们能够从字面上直视任何物体，帮助东芝解决了较少的原始任务，特别是质量控制。 以汽车为例。 重要组成部分和机制的任何缺陷都会对人类的生命和健康造成威胁。 而且，我们用肉眼看不到的所有缺陷。 我们的工业系统结合了X射线和先进的成像技术，可以识别这些问题。
乍一看，任何金属光盘似乎都完全牢固。 实际上，事实并非如此。 有缺陷的零件可能包含无数气泡，久而久之会导致破裂。 您只能在“枪口” X射线下看到它们。
铝制汽车零件。 左侧是X射线图像，显示气孔簇及其大小，按颜色区分。 右侧是3D模型。 资料来源：东芝
但是，虽然3D扫描仪无法生物，但是贝壳或铝锭可以照亮任意多的光，并且生物，尤其是不能被频繁和/或强烈的辐射一劳永逸地破坏（例如昆虫）而无法打开的生物。破坏
2.如何拯救果蝇蝇的生命
NDI昆虫具有复杂的关系。 几乎不可能获得清晰的苍蝇三维图像：昆虫不断运动，而要获得高质量图像，则需要扫描的其余部分。 另外，无脊椎动物几乎不能忍受大剂量的辐射，而要获得良好的3D图像，则需要大量图片，因此对于昆虫来说，这样的照片拍摄变得致命。 此外，即使照片模型能够在拍摄中幸存下来，辐射也会对其生长，复制和预期寿命产生负面影响，从而干扰长期研究。
加拿大西安大略大学的同事用二氧化碳解决了这个问题。 事实是昆虫有能力在缺氧的情况下生存。 他们对缺氧的自然反应是一个梦想，在这段时间内无脊椎动物会保持静止不动一段时间。
考虑到这一点，开发了这样的NDI方法：将照片模型方便地放置在聚苯乙烯基材上的小圆形腔室中。 它安装在X射线源下。 然后，将CO2送入昆虫室，使它们进入睡眠状态。
此时，计算机断层扫描仪（CT）开始工作，类似于用于扫描人员的断层扫描仪。 此阶段的主要困难是CT设置。 科学家总是做出不可避免的妥协：辐射剂量越低，图像质量越差，反之亦然。 加拿大科学家得出的结论是，要获得良好的沉睡昆虫3D图像，辐射是足够的，其辐射强度比导致其杀菌的强度弱80倍。 事实证明，成年苍蝇，科罗拉多甲虫，毛毛虫应付了长达7小时的低氧和辐射压力测试，然后很快就意识到了。
雄蛾的三维计算机断层扫描（分辨率-20微米）。 左侧是四天之内的第一张照片。 他还活着，尽管很累。 资料来源：BioMed Central Ltd
但是，绝对和平并不总是保证NDI的成功，特别是如果我们对研究主题的结构不感兴趣，而对其中的题词感兴趣的话。
3.如何使用NDI读书
也许所有学生的梦想都将很快实现-从一本通俗的书本中获取信息。 为此，麻省理工学院的一组科学家呼吁帮助电磁和太赫兹辐射（红外线和微波之间的平均值）的真正力量。 太赫兹波为安全专家所熟知：不同的化学物质以不同的方式吸收不同频率的TG辐射。
当TG射线穿过墨水和白纸时，触摸接收器会收到不同的强度印记-这是一种阅读书籍或滚动而无需展开它们的方式-当纸张粘在一起和/或变得非常脆弱时非常有用，旧书通常是这种情况，研究人员需要访问的资源。 该过程的组织方式如下：TG发射器每本书产生超短辐射脉冲，内置摄像头传感器从书页之间的宽度为20微米的微小气穴读取其反射。 字母和空白页的响应看起来有所不同，使您可以区分题词。
资料来源：YouTube频道MIT媒体实验室
但不是那么简单。 书本的大部分辐射都被书本反射或吸收，其他颗粒不会从气泡反弹，而是从其他页面反弹，从而产生错误信号。 为了将错误信号与真实信号分开，您需要知道从接收器到书中特定页面的距离。 现在，科学家开发的算法在理论上可以区分深度达20页的书写。 但是实际上，在大约九页的深度处，反射信号的能量变得很小，以致无法将其与噪声区分开。 因此，尽管研究仍在进行中，但到目前为止，我们可以阅读报纸而不是书籍。 此外，从文盲历史时代开始，NDI面临挑战。
4.尼安德特人吹长笛吗？
除医疗问题外，威廉·伦琴（Wilhelm Roentgen）的发明还有助于解决历史问题。 例如：尼安德特人能否吹奏长笛？
科学家们正在考虑在洞穴Divye Babe（斯洛文尼亚）中发现的洞穴熊的骨头。 在其中制作了两个孔，在断点处，可以看到另外两个孔的轮廓。 它们在一起排成一排，就像长笛一样。 该发现有4.3万年前的历史，因此一些科学家认为我们发现了一种尼安德特人的产品，而另一些科学家则在鬣狗盛宴的骨头碎片中看到了，它们的毒牙可以打出如此整齐的孔。
来自Divier Babier的尼安德特人长笛。 洞的作者是穴居人或穴居鬣狗。 资料来源：Sporti / Wikimedia Commons
为了彻底检查“长笛”，科学家使用了计算机断层扫描（CT）：X射线从不同角度照射骨骼，然后计算机将这些图像组合成三维图像。 事实证明，骨骼上确实有很多食用动物的痕迹，但并非所有痕迹都可以清楚地归因于颌骨的影响。 然后，科学家利用获得的图像重建了“长笛”的副本。
事实证明，您可以真正弹奏：该乐器以12音阶的旋律序列最多产生2.5个八度。 在连奏，断音，果冻，滑音和其他演奏方法的作用下的“尼安德特人长笛”。
用X射线启发小长笛并不难，但是有更多的历史古迹。 还有更多 与他们在一起如何？
5.从天堂到地球：宇宙射线如何帮助形成金字塔的“ X射线”
我们几乎所有的全能技术仍然是“近视”的：雷达，X射线机和超声波的“视觉”不会延伸（更深）几米。 而且您还需要更多！ 带着这种想法，2016年，名古屋大学的一群日本科学家研究了250万立方米的Cheops金字塔。 他们决定用宇宙射线扫描这个物体，宇宙射线是由高能源（例如超新星爆炸）产生的。 宇宙射线穿过地球的大气层，变成次级粒子-介子。 它们具有极高的穿透能力：克服甚至1公里的石灰石块也不是问题。
物质吸收的μ子比空隙要多。 为了“捕捉”粒子，日本人在著名的金字塔室内设置了特殊的陷阱。 生动的介子图案表明，在乔普斯金字塔大画廊上方有一个以前未知的空腔。 30米长的空间类似于大型画廊的形状。 正如埃及学家建议的那样，宇宙射线有助于找到技术室-空腔减少了大画廊拱门上的砌块的压力。
顺便说一句，德邦特的俄罗斯科学家现在正在使用相同的技术：他们试图了解完全隐藏在地下的十字形结构是俄罗斯最古老的基督教教堂，还是仅仅是一个水库。
资料来源：Euronews
接下来会发生什么？
我们相信，在不久的将来，无损检测技术将与其他先进技术相结合：
- 大数据将帮助我们收集和解释比放射线医生更多的信息。
- 神经网络将使NDI更加主动：我们可以构建一个在生产阶段对产品，零件，组件进行大规模测试的系统，而无需直接进行人工评估；
- 这些操作的直接结果将使用3D打印自动实现。 处理后的分析结果将用作3D打印机的“食物”，从而立即消除缺点或改进传送带模式下的产品。