Físicos da Universidade Saarland desenvolveram sensores de campo magnético que estão quebrando recordes de sensibilidade e abrindo toda uma gama de novas aplicações em potencial, desde medições sem contato da atividade elétrica no coração ou cérebro humano até a detecção de depósitos de minério ou vestígios arqueológicos no subsolo. O professor Uwe Hartmann e sua equipe de pesquisa desenvolveram um sistema que permite detectar sinais magnéticos fracos em grandes distâncias em ambientes normais (sem vácuo, sem baixas temperaturas, sem blindagem), apesar da presença de numerosas fontes de interferência. Seu sistema pode detectar intensidades de sinal bem abaixo de um bilionésimo de tesla - cerca de um milhão de vezes menor que o campo magnético da Terra - e pode ser usado para detectar sinais biomagnéticos no corpo humano ou fenômenos geofísicos.

A equipe de pesquisa estará expondo na Hannover Messe a partir de 1º de abril (Hall 2, Stand B46) e procuram parceiros com os quais possam desenvolver a sua tecnologia para aplicações práticas.

Se os médicos quiserem examinar o coração de um paciente para ver se ele está batendo irregularmente, eles primeiro precisam colocar eletrodos no tórax do paciente, pulsos e tornozelos. O mesmo é verdade quando se tenta medir a atividade elétrica do cérebro. O paciente primeiro precisa ser conectado antes que a atividade elétrica de seu cérebro possa ser registrada. Mas quando as coisas precisam acontecer rápido, isso pode significar que a equipe médica perde um tempo valioso. Seria muito mais fácil se um dispositivo semelhante a um detector de metais estivesse disponível, que pudesse ser varrido sobre o corpo ou a cabeça do paciente, mas ainda assim forneceria resultados confiáveis. Até agora, os procedimentos de diagnóstico médico sem contato falharam porque simplesmente não são adequados para o uso diário. Sensores que são sensíveis o suficiente para medir os campos biomagnéticos produzidos pelo corpo humano precisam operar em ambientes cuidadosamente regulados. Eles precisam ser bem protegidos de fontes externas de interferência, devem ser operados em temperaturas impraticáveis ​​de abaixo de -200 ° C ou requerem vácuo.

Agora, Contudo, O professor Uwe Hartmann e sua equipe de físicos experimentais na Saarland University conseguiram desenvolver sensores de campo magnético que podem operar em condições ambientais normais, embora ainda sejam capazes de detectar sinais de nível muito baixo, como os fracos campos biomagnéticos produzidos por muitas das funções do corpo. 'Pode-se dizer que a precisão de nossa técnica é como localizar um grão de areia em uma cordilheira. Podemos detectar campos magnéticos a distâncias relativamente grandes que são aproximadamente um milhão de vezes mais fracos do que o campo magnético da Terra - apenas alguns picotesla, isso é um milionésimo de um milionésimo de tesla, 'explica Uwe Hartmann. Até aqui, sensores funcionando em condições ambientais normais foram capazes de detectar campos magnéticos que são cerca de mil vezes menores que o campo magnético da Terra.

O verdadeiro desafio, Contudo, não era a magnitude quase imperceptível dos próprios sinais. 'O principal problema ao medir esses pequenos sinais em um ambiente normal é ser capaz de separar claramente os sinais da multidão de sinais de interferência que estão inevitavelmente presentes, 'diz Hartmann. Existem todos os tipos de fatores que geram ruído ou que falsificam o sinal fraco em que os físicos estão interessados. As fontes de interferência incluem o campo magnético da Terra, dispositivos elétricos, tráfego em movimento, sinais de outros órgãos do corpo ou mesmo de tempestades solares. O grupo de pesquisa de Hartmann trabalha há anos em magnetômetros (sensores de campo magnético) e desenvolveu com sucesso esses dispositivos para uma ampla gama de aplicações. 'Nos últimos anos, conseguimos aumentar a sensibilidade e seletividade de nossos magnetômetros. A sensibilidade que nossos sensores agora demonstram é o resultado não apenas do nosso trabalho contínuo de desenvolvimento de sensores, mas principalmente as melhorias em nosso software de processamento de dados, ' ele explica.

Hartmann e sua equipe estiveram envolvidos em vários projetos onde seu foco era a filtragem de sinais de interferência de dados de medição. Os pesquisadores em Saarbrücken têm, por exemplo, desenvolveu um cabo sensor inteligente no qual os magnetômetros são conectados uns aos outros em uma rede. Vários desses sistemas estão sendo testados como componentes de sistemas de gerenciamento de tráfego de aeroportos. Em outro aplicativo, os sensores são usados ​​para monitoramento remoto de cercas de perímetro. Nesse caso, o sistema deve ser capaz de distinguir e identificar todos os diferentes fatores que causam mudanças mensuráveis ​​no campo magnético. A equipe de pesquisa, portanto, realizou um grande número de testes em que simularam mudanças no campo magnético, como aqueles que ocorrem quando a cerca vibra ou quando é atingida, e atribuídos os padrões de sinal resultantes às fontes correspondentes. Os físicos modelaram os padrões de sinal matematicamente, traduziu os resultados em algoritmos e os usou para programar o analisador - um processo que está sendo continuamente refinado à medida que dados cada vez mais detalhados se tornam disponíveis. 'Usamos essas informações para ensinar o sistema e expandir continuamente suas capacidades. Ele pode reconhecer padrões de sinal típicos e atribuí-los automaticamente a diferentes fontes de interferência. Agora estamos em uma posição em que podemos atribuir dados de medição e padrões de sinal com muita precisão às suas respectivas causas, 'explica Hartmann.

Embora o trabalho realizado pelo Professor Hartmann e sua equipe seja, em essência, pesquisa básica, há uma ampla gama de aplicações potenciais para esses magnetômetros altamente sensíveis. Eles poderiam, por exemplo, ser usado para fins diagnósticos em cardiologia ou neurologia, onde eles poderiam complementar as técnicas existentes, como ECG (eletrocardiografia) ou EEG (eletroencefalografia). Outra área potencial de uso é em sensoriamento geofísico na busca de petróleo bruto, depósitos minerais ou vestígios arqueológicos.

A equipe de pesquisa apresentará seu trabalho na Hannover Messe, onde procurará parceiros comerciais, particularmente empresas do setor de tecnologia médica, com quem eles podem desenvolver sua tecnologia para aplicações práticas.

A equipe estará demonstrando a sensibilidade de seus sensores no Hall 2 (Stand B46), detectando exemplos surpreendentes de objetos magnéticos na vizinhança local.