Контоскопия, предложенная Софией Марбах и её коллегами из Парижского университета Сорбонна, представляет собой метод, использующий программное обеспечение для распознавания изображений, чтобы подсчитать количество частиц в «виртуальном ящике». Учёные могут сами выбрать размер «ящика» для наблюдения, что позволяет анализировать динамику системы на разных масштабах. Это программное решение позволяет с точностью подсчитывать частицы даже в плотно упакованных образцах, что ранее было практически невозможно.

До разработки контоскопии учёные использовали так называемую «константу диффузии» для измерения движения частиц в жидкости, оценивая, как быстро перемещается средняя частица. Однако, когда число частиц велико или они неразличимы, отслеживание их индивидуальных траекторий становилось трудоёмким и подчас невозможным. Контоскопия преодолевает эту проблему, используя флуктуации количества частиц в выбранном «ящике» для расчёта константы диффузии и дальнейшего анализа динамических свойств системы.

Чтобы протестировать свою методику, исследователи создали искусственную систему, состоящую из пластиковых сфер диаметром 2,8 микрона в воде. Они выбрали квадратные области от 4 до 32 микрон для анализа, и программное обеспечение подсчитало число частиц в каждой области. Это позволило вычислить среднее изменение числа частиц относительно начальной точки, что увеличивалось пропорционально квадратному корню времени.

Полученные значения константы диффузии соответствовали результатам, которые были бы получены традиционными методами, такими как отслеживание траекторий частиц. Это подтвердило эффективность контоскопии и её точность в условиях высокой плотности частиц.

При увеличении количества частиц в коллоиде исследователи заметили, что частицы начинали образовывать временные сгустки, состоящие из примерно 10 частиц. Это явление не наблюдалось в традиционных исследованиях, так как отслеживание траекторий каждой отдельной частицы не позволяет фиксировать образование сгустков. Данное открытие имеет важное значение, так как оно даёт новое понимание поведения частиц в плотных системах.

В исследовании была протестирована модель без взаимодействия частиц, но учёные признают, что реальная система часто имеет гидродинамические и стерические взаимодействия, которые могут существенно влиять на результаты. На высоких уровнях упаковки частиц наблюдались значительные отклонения от математических выражений. Авторы работы смогли адаптировать свой анализ для более сложных систем, что открывает возможности для дальнейших исследований в данной области.

По словам Софии Марбах, разработанный аналитический подход может быть адаптирован для 3D-систем, а также для исследования твёрдых тел и кристаллов. Эта методика может быть полезна не только для анализа коллоидов, но и для других систем, таких как микроводоросли, бактерии, активные коллоиды и коллоидные стёкла. Уже сейчас методика вызвала интерес со стороны исследователей, и некоторые из них начали применять её на своих данных, получая новые результаты в зависимости от исследуемой системы.