Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltrekord in 3D-Bildgebung poröser Gesteine

19.10.2011
Ein Stapel von 35 Millionen Megapixel-Photos

Einen Weltrekord auf dem Gebiet der dreidimensionalen Bildgebung für poröse Materialien haben Physiker um Prof. Rudolf Hilfer am Institut für Computerphysik (ICP) an der Universität Stuttgart aufgestellt.

Im Rahmen eines Projekts des Exzellenzclusters Simulation Technology haben die Wissenschaftler das bisher größte und genaueste dreidimensionale Bild von der Porenstruktur eines Sandsteins erstellt. Es ist mehr als 35 Billionen (Zahl mit zwölf Nullen) Voxel – sprich Bildpunkte – groß und erlaubt es, die Wechselbeziehung zwischen Mikrostrukturen poröser Gesteine und deren physikalischen Eigenschaften noch besser zu verstehen. Poröse Gesteine spielen beispielsweise bei der Erdölförderung, der Kohlendioxidverpressung oder der Grundwasserversorgung eine entscheidende Rolle.

Bei der dreidimensionalen Bildgebung werden räumliche Strukturen digitalisiert und dann ähnlich wie Digitalphotos durch Bildpunkte dargestellt. Als Voxel werden die Bildpunkte dreidimensionaler Bilder bezeichnet – analog zu Pixel für Digitalphotos. Auf den dreidimensionalen Bildern am ICP ist die poröse Mikrostruktur eines Fontainebleau-Sandsteinwürfels mit der Kantenlänge von 1,5 Zentimetern systematisch über drei Dekaden vom Submillimeterbereich bis in den Nanometerbereich aufgelöst und digital abgebildet. Die Porenstruktur ähnlicher Sandsteine ist beispielsweise entscheidend für die hydraulischen Eigenschaften von Erdöllagerstätten und damit für die Gewinnbarkeit von Erdöl. Das größte dreidimensionale Bild, das die Physiker um Prof. Hilfer von der Mikrostruktur des Sandsteins erstellt haben, umfasst 32.768 hoch drei Bildpunkte, ist also insgesamt 35.184.372.088.832 Voxel groß.

Zum Vergleich: Klinische Ganzkörperaufnahmen eines Menschen, zum Beispiel Magnetresonanztomographiebilder, enthalten circa 720 Millionen Voxel. Selbst dreidimensionale Bilder in technischen und wissenschaftlichen Studien bestehen derzeit lediglich aus bis zu 20 Milliarden Voxel. In Digitalphotos mit zehn Megapixeln (also mit etwa zehn Millionen Bildpunkten) ausgedrückt, würde die Ganzkörperaufnahme einem Stapel von 72 Digitalphotos entsprechen, bei dem größten dreidimensionale Bild am ICP würde der Stapel etwa 35 Millionen Digitalphotos umfassen. „Dieser Weltrekord ist für die Physik poröser Materialien sehr wichtig, weil es dadurch erstmals möglich wird, äußerst komplexe Mikrostrukturen in Abhängigkeit von der Auflösung systematisch zu untersuchen“, sagt Hilfer. Die Mikrostruktur eines Materials bestimmt weitgehend seine elastischen, plastischen, mechanischen, elektrischen, magnetischen, thermischen, rheologischen und hydraulischen Eigenschaften. Umgekehrt können die Physiker aus den physikalischen Eigenschaften Rückschlüsse auf die Mikrostruktur ziehen.

Bisher war es nicht möglich, die vollständige Mikrostruktur einer Probe von mehreren Zentimetern Ausdehnung mit einer Auflösung von einigen hundert Nanometern abzubilden. „Man bräuchte mehrere Jahre Messzeit an einem Teilchenbeschleuniger wie zum Beispiel dem europäischen Synchrotronspeicherring in Grenoble, um dreidimensionale Abbildungen vergleichbarer Größe und Genauigkeit herzustellen“, erklärt Hilfer. Sein Team hat deshalb einen anderen Weg eingeschlagen. Zunächst haben die Forscher Verfahren und Theorien entwickelt, mit denen es möglich ist, Mikrostrukturen zu vergleichen und zu kalibrieren. Anschließend haben sie Algorithmen und Datenstrukturen entwickelt, die es erlauben, Computermodelle hinreichender Größe und Genauigkeit zu erzeugen. Diese Modelle haben die Stuttgarter Physiker schließlich rechnerisch digitalisiert und an realen Gesteinsproben kalibriert.

Weiter Informationen bei Prof. Rudolf Hilfer, Institut für Computerphysik, Tel. 0711/685-67607, e-mail: hilfer@icp.uni-stuttgart.de

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Intel und Universität Luxemburg kooperieren, um selbstfahrende Autos sicherer zu machen
24.11.2017 | Universität Luxemburg - Université du Luxembourg

nachricht Europäisches Konsortium baut effizientestes Rechenzentrum der Welt
22.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie