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Nov 11, 2023

Una quantità di sensori su scala atomica rafforza il nuovo boom dei sensori

Imagine sensors that can detect the magnetic fields of thoughts, help lunar

Immagina sensori in grado di rilevare i campi magnetici dei pensieri, aiutare i rover lunari a rilevare l’ossigeno nelle rocce lunari o ascoltare le onde radio della materia oscura. Proprio come i computer quantistici possono teoricamente trovare le risposte a problemi che nessun computer classico potrebbe mai risolvere, così anche una generazione emergente di sensori quantistici può portare a nuovi livelli di sensibilità, nuovi tipi di applicazioni e nuove opportunità per far avanzare una vasta gamma di campi e tecnologie. e attività scientifiche.

La tecnologia quantistica si basa su effetti quantistici che possono verificarsi perché l’universo può diventare un luogo confuso ai suoi livelli più piccoli. Ad esempio, l’effetto quantistico noto come sovrapposizione consente agli atomi e ad altri elementi costitutivi del cosmo di esistere essenzialmente in due o più posti contemporaneamente, mentre un altro effetto quantistico noto come entanglement può collegare le particelle in modo che possano influenzarsi a vicenda istantaneamente indipendentemente dalla loro posizione. quanto sono distanti.

Questi effetti quantistici sono notoriamente fragili alle interferenze esterne. Tuttavia, mentre i computer quantistici si sforzano di superare questa debolezza, i sensori quantistici sfruttano questa vulnerabilità per ottenere una sensibilità straordinaria ai più piccoli disturbi ambientali. Di seguito è riportato solo un piccolo esempio dei numerosi tipi e varietà di sensori quantistici sviluppati e distribuiti oggi.

SCANSIONI DEL CERVELLO: Le correnti elettriche all’interno del cervello generano campi magnetici che i sensori possono analizzare per scansionare in modo non invasivo l’attività cerebrale. Ora i sensori quantistici consentono a un casco indossabile di eseguire tali scansioni magnetoencefalografiche (MEG) con prestazioni e costi senza precedenti.

Attualmente le scansioni MEG vengono eseguite con sensori noti come dispositivi superconduttori di interferenza quantistica (SQUID). Questi richiedono il raffreddamento con costoso elio liquido a -269 °C, rendendo gli scanner estremamente grandi. Al contrario, i nuovi dispositivi della startup Cerca Magnetics di Nottingham, in Inghilterra, hanno ciascuno le dimensioni di un mattoncino Lego.

Ogni dispositivo, chiamato magnetometro a pompaggio ottico (OPM), contiene un laser che emette un raggio attraverso una nuvola di atomi di rubidio verso un rilevatore di luce. Il raggio può allineare i campi magnetici degli atomi di rubidio, rendendo la nuvola essenzialmente trasparente. Piccoli campi magnetici, come quelli dell’attività cerebrale, possono disturbare questi atomi, rendendoli in grado di assorbire la luce, che il rilevatore di luce può percepire, e il laser ripristina la nuvola in modo che possa continuare a rispondere ai disturbi magnetici.

Il fatto che questi sensori quantistici funzionino a temperatura ambiente li rende molto meno ingombranti degli SQUID. Ciò significa che possono essere posizionati molto più vicini alla testa di una persona, producendo un segnale almeno due volte migliore e teoricamente fino a cinque volte migliore, per immagini magnetiche con precisione millimetrica e risoluzione millisecondo delle aree superficiali del cervello, afferma Matthew Brookes, presidente di Cerca e ricercatore presso l'Università di Nottingham.

I caschi MEG indossabili Cerca Magnetics possono essere indossati in sicurezza anche da un bambino attivo, afferma l'azienda.Cerca Magnetics

La natura piccola e leggera dei sensori significa anche che possono essere montati in un casco indossabile per consentire alle persone di muoversi liberamente durante la scansione, invece di lasciarle ferme per periodi molto lunghi come avviene attualmente. Inoltre, può adattarsi a diverse forme e dimensioni della testa, rendendo possibile la scansione non solo di adulti ma anche di bambini e neonati. Inoltre, "il MEG con gli OPM è in linea di principio molto più economico che con gli SQUID", afferma Brookes. "Anche adesso, agli albori degli OPM, un sistema di imaging MEG completo costa ancora la metà di un sistema SQUID con prestazioni simili."

Lo scanner Cerca può aiutare a sondare disturbi neurologici come l'epilessia, le commozioni cerebrali, la demenza e la schizofrenia, "aiutando a far luce su molte condizioni gravi e debilitanti", afferma.

La ricerca futura può mirare a spingere questi sensori più vicino ai loro limiti teorici di sensibilità, consentire una maggiore libertà di movimento per consentire forse alle persone di camminare e aggiungere la realtà virtuale e l’apprendimento automatico per potenziare ciò che i ricercatori possono fare con gli scanner sul fronte sperimentale e analitico. Brookes dice.