p Cada batida do coração ou explosão de atividade cerebral depende de minúsculas correntes eletrofisiológicas que geram ondulações minúsculas no campo magnético circundante. Essas variações de campo fornecem a base para uma série de ferramentas de pesquisa e técnicas de diagnóstico com nomes complicados como magnetoencefalografia (MEG) e magnetocardiografia (MCG). Mas explorar os fracos campos magnéticos da biologia requer medidas heróicas e caras, incluindo escudos de alta tecnologia para bloquear os maiores, forças magnéticas potencialmente confusas ao nosso redor e sensores de campo magnético que requerem resfriamento de hélio líquido caro e complicado. p O novo programa de magnetômetro atômico da DARPA para geração de imagens biológicas no terreno nativo da Terra (AMBIIENT) trata de conduzir a detecção do campo magnético para uma nova era em que os MEGs, MCGs, e uma variedade de outras técnicas de detecção de campo magnético da lista de desejos tornam-se realidades práticas para uma ampla gama de aplicações. Potencialmente no horizonte, por exemplo, são sistemas de sensores para detectar sinais espinhais, diagnosticar concussões, e interfaces cérebro-máquina (IMC) para usos como controle de membros protéticos e máquinas externas por meio de sinais magnéticos sutis associados ao pensamento.

p Alguns elefantes na sala têm impedido que a detecção do campo biomagnético se estenda além de suas limitações atuais. O planeta Terra tem sido a maior matança de zumbido. Seu campo magnético médio é de 50 milionésimos de Tesla, uma unidade de força do campo magnético com o nome de Nikola Tesla, inventor de meados do século 19 e início do século 20. Isso significa que o campo magnético da Terra é de um milhão a um bilhão de vezes mais forte do que o 10 picoTesla (10 ^-11 Tesla) a 10 femtoTesla (10 ^-14 Tesla) campos magnéticos que emanam de corpos humanos. Além disso, até mesmo os sensores de campo magnético de ponta de hoje - baseados, por exemplo, em Dispositivos de Interferência Quântica Supercondutores (SQUIDs) —suferem de uma faixa dinâmica limitada, o que significa que eles são incapazes de responder de forma confiável na presença de intensidades de campo magnético que abrangem muitas ordens de magnitude, como é o caso quando campos magnéticos biológicos se sobrepõem ao magnetismo da própria Terra. Sem proteção intensa, aqueles sussurros magnéticos da biologia seriam perdidos em meio ao estrondo estridente do magnetismo da Terra, mesmo com os melhores sensores disponíveis em jogo.

p "Tradicionalmente, medir pequenos sinais magnéticos em ambientes ambientais depende de pares de sensores de alto desempenho separados por uma distância de linha de base e, em seguida, medir as pequenas diferenças de intensidade de campo entre os dois sensores, "disse Robert Lutwak, Gerente de programa da AMBIIENT no Escritório de Tecnologia de Microsistemas da DARPA. "Esta técnica gradiométrica tem funcionado bem para aplicações em levantamentos geofísicos e detecção de munições não detonadas, "Lutwak acrescentou, "mas devido à combinação da faixa dinâmica limitada dos sensores e a variação espacial natural dos sinais de fundo, esta abordagem cai várias ordens de magnitude aquém de ser capaz de detectar sinais magnéticos biológicos. "

p O programa AMBIIENT está desafiando a comunidade de pesquisa a desenvolver novos tipos de gradiômetros magnéticos que possam detectar as assinaturas magnéticas picoTesla- e femtoTesla a céu aberto, sem blindagem e com qualquer que seja o ambiente do campo magnético. Para fazer isso, será necessário que os pesquisadores, nas palavras de Lutwak, "explorar novas técnicas e arquiteturas da física atômica para medir diretamente gradientes extremamente pequenos em campos magnéticos, sem ter que comparar a diferença entre as medições de campo absoluto de dois sensores separados ao longo de uma linha de base." Uma abordagem baseada na física que os performers AMBIIENT provavelmente irão buscar é monitorar as mudanças na polarização ou outras características mensuráveis ​​de um pequeno feixe de laser à medida que ele passa através de células de vapor hospedando átomos que respondem de maneiras alteradoras de feixe de laser até mesmo campos magnéticos femtoTesla. O monitoramento das mudanças nas características da luz laser abriria, assim, uma nova e prática janela sobre os campos magnéticos que antes eram incomensuráveis ​​nas condições ambientais. Isso abre cenários em que, dizer, um médico em um campo de batalha seria capaz de empunhar um sensor semelhante a uma varinha para rastrear rapidamente um guerreiro em busca de sinais de concussão ou outro traumatismo craniano escrito nos campos magnéticos sutis do cérebro

p "O sensoriamento magnético e a imagem de alta sensibilidade oferecerão uma nova ferramenta poderosa para pesquisa médica e diagnóstico clínico de atividade neurológica e cardíaca, "disse Lutwak." O objetivo da DARPA é acabar com a capacidade de detecção magnética de alta sensibilidade em um dispositivo de baixo custo que pode operar em ambientes comuns. "Ele também prevê algumas extensões incomuns de detecção de campo magnético, incluindo navegação magnética (MagNav) como backup, alternativa, ou suplemento à navegação baseada em GPS. Equipado com o tipo de sensores que podem surgir do programa AMBIIENT, por exemplo, uma aeronave navegando em altitudes de avião comercial pode ser capaz de rastrear as variações do campo magnético naturalmente variáveis ​​e bem mapeadas na superfície da Terra para determinar sua localização no solo em cerca de 250 metros.