Phát hiện các mối đe dọa tiềm ẩn bằng công nghệ hình ảnh tia X tiên tiến

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp nhiều công nghệ hình ảnh tia X khác nhau để tạo ra các hình ảnh đa tương phản, giúp phát hiện các vật liệu nguy hiểm như chất nổ trong hàng ngàn tình huống phức tạp. Phương pháp mới này, cùng với việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân loại vật liệu, có tiềm năng ứng dụng trong việc kiểm tra an ninh cũng như trong các lĩnh vực khoa học đời sống và vật lý.

1. Cách Tiếp Cận Đột Phá

Nhóm nghiên cứu từ University College London đã phát triển một phương pháp chụp X-quang mới bằng cách kết hợp ba loại tương phản: tương phản hấp thụ, tương phản nhiễu xạ và tương phản pha. Mỗi loại tương phản này cung cấp thông tin độc đáo về cấu trúc và tính chất của vật liệu, từ đó giúp xác định các vật liệu nguy hiểm tiềm ẩn.

Tương phản hấp thụ: Là loại tương phản dựa trên sự hấp thụ tia X của vật liệu. Vật liệu dày đặc hơn (như kim loại) hấp thụ tia X nhiều hơn, tạo ra hình ảnh có độ tương phản cao so với các vật liệu ít hấp thụ tia X (như mô mềm hoặc nhựa).

Tương phản nhiễu xạ: Là tương phản xuất hiện khi tia X bị bẻ cong hoặc phân tán do sự sắp xếp của các nguyên tử trong cấu trúc tinh thể của vật liệu. Điều này cho phép phân tích chi tiết cấu trúc tinh thể của các vật liệu, giúp phát hiện các dị thường bên trong.

Tương phản pha: Là loại tương phản thu được khi tia X đi qua các vật liệu có mật độ khác nhau và gây ra sự thay đổi nhỏ về pha của tia X. Sự khác biệt về pha này không nhìn thấy được trong hình ảnh X-quang thông thường nhưng có thể được phát hiện bằng các kỹ thuật xử lý đặc biệt, giúp nhìn thấy các cấu trúc rất nhỏ hoặc mềm mà phương pháp tương phản hấp thụ không thể phát hiện.

2. Thử Nghiệm và Kết Quả

Trong nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm phương pháp này với hàng ngàn tình huống khác nhau, bao gồm cả các vật liệu nguy hiểm như chất nổ. Họ đã sử dụng kỹ thuật trí tuệ nhân tạo (AI) để phân loại các vật liệu dựa trên hình ảnh X-quang đa chiều thu được. Các mô hình AI đã được huấn luyện trên cơ sở dữ liệu hình ảnh lớn để có thể phân biệt chính xác giữa các vật liệu vô hại và nguy hiểm.

Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng phát hiện vật liệu nguy hiểm với độ chính xác cực kỳ cao. Trong một thử nghiệm điển hình, phương pháp này đã phát hiện chính xác tới 99,8% các vật liệu nguy hiểm trong hơn 10.000 tình huống giả lập. Đặc biệt, trong các trường hợp mà các vật liệu nguy hiểm được giấu kín trong các vật thể phức tạp như vali hoặc thiết bị điện tử, công nghệ này vẫn có thể phân biệt được chúng với độ chính xác cao hơn hẳn so với các phương pháp X-quang truyền thống.

Một ví dụ cụ thể là thử nghiệm với các vật liệu nổ ẩn trong những thiết bị điện tử tiêu chuẩn. Công nghệ X-quang tương phản pha đã giúp nhận diện được vật liệu nổ dựa trên sự thay đổi pha nhỏ trong cấu trúc của chúng. Điều này mang lại sự khác biệt đáng kể so với các kỹ thuật trước đây, vốn chỉ dựa vào tương phản hấp thụ và dễ bị nhầm lẫn trong các trường hợp vật liệu nổ được giấu kỹ.

3. Ứng Dụng Tiềm Năng

Phương pháp mới không chỉ có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong an ninh sân bay, mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như khoa học đời sống và vật lý. Các nhà nghiên cứu cho biết, kỹ thuật này có thể được sử dụng để phân tích cấu trúc vật liệu sinh học, chẳng hạn như protein, hay để phát hiện các khối u trong cơ thể người với độ chi tiết cao hơn.

Trong an ninh, phương pháp này hứa hẹn sẽ nâng cao khả năng phát hiện các mối nguy hiểm tiềm ẩn tại các điểm kiểm tra an ninh, như sân bay hay các cơ sở hạ tầng quan trọng. Việc kết hợp với AI giúp quá trình phân loại vật liệu trở nên nhanh chóng và tự động hơn, giảm thiểu nguy cơ bỏ sót các vật liệu nguy hiểm.

4. Tương Lai của Công Nghệ

Nhóm nghiên cứu không dừng lại ở kết quả hiện tại. Họ đang tiếp tục phát triển phương pháp để tăng cường độ chính xác và tốc độ phân tích. Một trong những hướng phát triển tiếp theo là tối ưu hóa mô hình trí tuệ nhân tạo để cải thiện khả năng nhận diện các vật liệu trong môi trường phức tạp hơn, chẳng hạn như khi các vật liệu nguy hiểm bị giấu trong nhiều lớp vật liệu khác nhau.

Ngoài ra, họ cũng lên kế hoạch tích hợp công nghệ này vào các hệ thống kiểm tra an ninh thực tế, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả trong việc phát hiện và ngăn chặn các nguy cơ tiềm ẩn đối với an ninh cộng đồng.

Kết Luận

Sự kết hợp giữa chụp X-quang đa chiều và trí tuệ nhân tạo đang mở ra một kỷ nguyên mới trong việc phát hiện các vật liệu nguy hiểm. Với khả năng nhận diện chính xác và nhanh chóng, công nghệ này hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an ninh và an toàn cho xã hội. Các thử nghiệm ban đầu đã chứng minh tiềm năng lớn của phương pháp này, và trong tương lai, chúng ta có thể sẽ thấy nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

---

Tài liệu tham khảo

T. Partridge, SS Shankar, I. Buchanan, P. Modregger, A. Astolfo, D. Bate, A. Olivo. Nhận dạng tia X đa tương phản của các vật liệu không đồng nhất và phân biệt chúng thông qua các phương pháp học sâu . Optica , 2024; 11 (6): 759 DOI: 10.1364/OPTICA.507049