I fisici della Saarland University hanno sviluppato sensori di campo magnetico che stanno superando i record di sensibilità e aprendo un'intera gamma di potenziali nuove applicazioni, dalle misurazioni senza contatto dell'attività elettrica nel cuore o nel cervello umano al rilevamento di giacimenti minerari o resti archeologici nelle profondità del sottosuolo. Il professor Uwe Hartmann e il suo gruppo di ricerca hanno sviluppato un sistema che consente loro di rilevare segnali magnetici deboli su grandi distanze in ambienti normali (senza vuoto, niente basse temperature, nessuna schermatura), nonostante la presenza di numerose fonti di interferenza. Il loro sistema è in grado di rilevare l'intensità del segnale molto al di sotto di un miliardesimo di tesla, circa un milione di volte inferiore al campo magnetico terrestre, e può essere utilizzato per rilevare segnali biomagnetici nel corpo umano o fenomeni geofisici.

Il team di ricerca esporrà ad Hannover Messe dal 1 aprile (Hall 2, Stand B46) e sono alla ricerca di partner con cui sviluppare la loro tecnologia per applicazioni pratiche.

Se i medici vogliono esaminare il cuore di un paziente per vedere se batte in modo irregolare, devono prima attaccare gli elettrodi al torace del paziente, polsi e caviglie. Lo stesso vale quando si cerca di misurare l'attività elettrica del cervello. Il paziente deve prima essere cablato prima che l'attività elettrica del suo cervello possa essere registrata. Ma quando le cose devono accadere velocemente, questo può significare che il personale medico perde tempo prezioso. Sarebbe molto più semplice se fosse disponibile un dispositivo simile a un metal detector che potrebbe essere passato sul corpo o sulla testa del paziente ma fornirebbe comunque risultati affidabili. Fino ad ora, le procedure diagnostiche mediche senza contatto hanno fallito perché semplicemente non sono adatte all'uso quotidiano. I sensori sufficientemente sensibili da misurare i campi biomagnetici prodotti dal corpo umano devono operare in ambienti regolati con molta attenzione. Devono essere ben schermati da fonti di interferenza esterne, devono funzionare a temperature impraticabili inferiori a -200 °C o richiedono un vuoto.

Ora, però, Il professor Uwe Hartmann e il suo team di fisici sperimentali presso la Saarland University sono riusciti a sviluppare sensori di campo magnetico in grado di funzionare in condizioni ambientali normali pur essendo in grado di rilevare segnali di livello molto basso, come i deboli campi biomagnetici prodotti da molte delle funzioni del corpo. "Si potrebbe dire che la precisione della nostra tecnica è come essere in grado di individuare un granello di sabbia in una catena montuosa. Possiamo rilevare su distanze relativamente grandi campi magnetici che sono circa un milione di volte più deboli del campo magnetico terrestre:solo pochi picotesla, che è un milionesimo di milionesimo di tesla, ' spiega Uwe Hartmann. Finora, i sensori che lavorano in condizioni ambientali normali sono stati in grado di rilevare campi magnetici che sono circa mille volte più piccoli del campo magnetico terrestre.

La vera sfida, però, non era la grandezza appena rilevabile dei segnali stessi. "Il problema principale quando si misurano questi piccoli segnali in un ambiente normale è la capacità di separare in modo pulito i segnali dalla moltitudine di segnali di interferenza che sono inevitabilmente presenti, "dice Hartmann. Ci sono tutti i tipi di fattori che generano rumore o che falsificano il segnale debole a cui i fisici sono interessati. Le fonti di interferenza includono il campo magnetico terrestre, dispositivi elettrici, traffico in movimento, segnali provenienti da altri organi del corpo o anche dalle tempeste solari. Il gruppo di ricerca di Hartmann lavora da anni sui magnetometri (sensori di campo magnetico) e ha sviluppato con successo questi dispositivi per un'intera gamma di applicazioni. 'Negli ultimi anni, siamo riusciti ad aumentare la sensibilità e la selettività dei nostri magnetometri. La sensibilità che i nostri sensori ora dimostrano è il risultato non solo del nostro continuo lavoro di sviluppo dei sensori, ma in particolare i miglioramenti nel nostro software di elaborazione dati, ' lui spiega.

Hartmann e il suo team sono stati coinvolti in diversi progetti in cui il loro obiettivo era filtrare i segnali di interferenza dai dati di misurazione. I ricercatori di Saarbrücken hanno, Per esempio, ha sviluppato un cavo sensore intelligente in cui i magnetometri sono collegati tra loro in una rete. Alcuni di questi sistemi sono attualmente in fase di sperimentazione come componenti nei sistemi di gestione del traffico aeroportuale. In un'altra applicazione, i sensori sono utilizzati per il monitoraggio remoto delle recinzioni perimetrali. In questo caso, il sistema deve essere in grado di distinguere e identificare tutti i diversi fattori che causano cambiamenti misurabili nel campo magnetico. Il team di ricerca ha quindi effettuato un gran numero di test in cui hanno simulato le variazioni del campo magnetico, come quelli che si verificano quando la recinzione vibra o quando viene colpita, e assegnato i modelli di segnale risultanti alle sorgenti corrispondenti. I fisici hanno modellato matematicamente i modelli di segnale, ha tradotto i risultati in algoritmi e li ha utilizzati per programmare l'analizzatore, un processo che viene continuamente perfezionato man mano che diventano disponibili dati sempre più dettagliati. 'Utilizziamo queste informazioni per insegnare al sistema e per espandere continuamente le sue capacità. Può riconoscere modelli di segnale tipici e assegnarli automaticamente a diverse fonti di interferenza. Siamo ora in una posizione in cui possiamo assegnare i dati di misurazione e i modelli di segnale in modo molto preciso alle rispettive cause, ' spiega Hartmann.

Mentre il lavoro svolto dal professor Hartmann e dal suo team è essenzialmente una ricerca di base, ci sono una vasta gamma di potenziali applicazioni per questi magnetometri altamente sensibili. Potevano, Per esempio, essere utilizzato per scopi diagnostici in cardiologia o neurologia, dove potrebbero integrare le tecniche esistenti come l'ECG (elettrocardiografia) o l'EEG (elettroencefalografia). Un'altra potenziale area di utilizzo è il rilevamento geofisico durante la ricerca di petrolio greggio, giacimenti minerari o resti archeologici.

Il team di ricerca presenterà il proprio lavoro ad Hannover Messe, dove cercherà partner commerciali, in particolare le aziende del settore della tecnologia medica, con cui possono sviluppare la loro tecnologia per applicazioni pratiche.

Il team dimostrerà la sensibilità dei propri sensori nel padiglione 2 (stand B46) rilevando sorprendenti esempi di oggetti magnetici nelle vicinanze.