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    Los físicos reducen el umbral para detectar señales magnéticas extremadamente débiles

    Melvin Chelli y Fabian Laurent, estudiantes asistentes de investigación en el grupo de Uwe Hartmann, preparar el sensor de campo magnético para su presentación en la feria industrial internacional Hannover Messe. Crédito:Oliver Dietze

    Los físicos de la Universidad de Saarland han desarrollado sensores de campo magnético que están rompiendo récords de sensibilidad y abriendo una amplia gama de posibles nuevas aplicaciones. desde mediciones sin contacto de la actividad eléctrica en el corazón o cerebro humanos hasta la detección de depósitos de minerales o restos arqueológicos en las profundidades del subsuelo. El profesor Uwe Hartmann y su equipo de investigación han desarrollado un sistema que les permite detectar señales magnéticas débiles a grandes distancias en entornos normales (sin vacío, sin bajas temperaturas, sin blindaje), a pesar de la presencia de numerosas fuentes de interferencia. Su sistema puede detectar intensidades de señal muy por debajo de una mil millonésima parte de un tesla, aproximadamente un millón de veces más pequeño que el campo magnético de la Tierra, y puede usarse para detectar señales biomagnéticas en el cuerpo humano o fenómenos geofísicos.

    El equipo de investigación expondrá en Hannover Messe a partir del 1 de abril (pabellón 2, Stand B46) y buscan socios con los que puedan desarrollar su tecnología para aplicaciones prácticas.

    Si los médicos quieren examinar el corazón de un paciente para ver si late de forma irregular, primero necesitan colocar electrodos en el pecho del paciente, muñecas y tobillos. Lo mismo ocurre cuando se intenta medir la actividad eléctrica del cerebro. El paciente primero debe estar conectado antes de que se pueda registrar la actividad eléctrica de su cerebro. Pero cuando las cosas deben suceder rápido, esto puede significar que el personal médico pierda un tiempo valioso. Sería mucho más fácil si se dispusiera de un dispositivo similar a un detector de metales que pudiera barrerse sobre el cuerpo o la cabeza del paciente, pero que aún así ofreciera resultados confiables. Hasta ahora, Los procedimientos de diagnóstico médico sin contacto han fallado porque simplemente no son adecuados para el uso diario. Los sensores que son lo suficientemente sensibles para medir los campos biomagnéticos producidos por el cuerpo humano deben operar en entornos regulados con mucho cuidado. Deben estar bien protegidos de fuentes externas de interferencia, tienen que funcionar a temperaturas prácticamente bajas de menos de -200 ° C o requieren un vacío.

    Ahora, sin embargo, El profesor Uwe Hartmann y su equipo de físicos experimentales de la Universidad de Saarland han logrado desarrollar sensores de campo magnético que pueden funcionar en condiciones ambientales normales y, al mismo tiempo, detectar señales de muy bajo nivel. como los campos biomagnéticos débiles producidos por muchas de las funciones del cuerpo. “Se podría decir que la precisión de nuestra técnica es como poder localizar un grano de arena en una cordillera. Podemos detectar campos magnéticos a distancias relativamente grandes que son aproximadamente un millón de veces más débiles que el campo magnético de la Tierra, solo unas pocas picoteslas, eso es una millonésima de millonésima de tesla, 'explica Uwe Hartmann. Hasta aquí, Los sensores que funcionan en condiciones ambientales normales han podido detectar campos magnéticos que son unas mil veces más pequeños que el campo magnético de la Tierra.

    El verdadero desafío sin embargo, no era la magnitud apenas detectable de las señales en sí. 'El principal problema al medir estas pequeñas señales en un entorno normal es poder separar limpiamente las señales de la multitud de señales de interferencia que están inevitablemente presentes, 'dice Hartmann. Hay todo tipo de factores que generan ruido o que falsifican la señal débil que interesa a los físicos. Las fuentes de interferencia incluyen el campo magnético de la Tierra, aparatos eléctricos, tráfico en movimiento, señales de otros órganos del cuerpo o incluso de tormentas solares. El grupo de investigación de Hartmann ha estado trabajando durante años en magnetómetros (sensores de campo magnético) y ha desarrollado con éxito estos dispositivos para una amplia gama de aplicaciones. 'En los últimos años, hemos conseguido potenciar la sensibilidad y selectividad de nuestros magnetómetros. La sensibilidad que nuestros sensores demuestran ahora es el resultado no solo de nuestro trabajo continuo de desarrollo de sensores, pero particularmente las mejoras en nuestro software de procesamiento de datos, ' el explica.

    Hartmann y su equipo han participado en varios proyectos en los que se centraron en filtrar las señales de interferencia de los datos de medición. Los investigadores de Saarbrücken tienen, por ejemplo, desarrolló un cable sensor inteligente en el que los magnetómetros están conectados entre sí en una red. Varios de estos sistemas se están probando actualmente como componentes de los sistemas de gestión del tráfico de los aeropuertos. En otra aplicación, los sensores se utilizan para el control remoto de cercas perimetrales. En este caso, el sistema debe poder distinguir e identificar todos los diferentes factores que causan cambios mensurables en el campo magnético. Por lo tanto, el equipo de investigación llevó a cabo un gran número de pruebas en las que simularon cambios en el campo magnético, como las que ocurren cuando la cerca vibra o cuando se golpea, y asignó los patrones de señal resultantes a las fuentes correspondientes. Los físicos han modelado matemáticamente los patrones de señales, tradujo los resultados en algoritmos y los usó para programar el analizador, un proceso que se está refinando continuamente a medida que se dispone de datos cada vez más detallados. 'Usamos esta información para enseñar al sistema y expandir continuamente sus capacidades. Puede reconocer patrones de señal típicos y asignarlos automáticamente a diferentes fuentes de interferencia. Ahora estamos en una posición en la que podemos asignar datos de medición y patrones de señal con mucha precisión a sus respectivas causas, 'explica Hartmann.

    Si bien el trabajo que está llevando a cabo el profesor Hartmann y su equipo es, en esencia, investigación básica, Existe una amplia gama de aplicaciones potenciales para estos magnetómetros de alta sensibilidad. Ellos podrían, por ejemplo, utilizarse con fines de diagnóstico en cardiología o neurología, donde podrían complementar técnicas existentes como ECG (electrocardiografía) o EEG (electroencefalografía). Otra área potencial de uso es la detección geofísica cuando se busca petróleo crudo, yacimientos minerales o restos arqueológicos.

    El equipo de investigación presentará su trabajo en Hannover Messe, donde buscará socios comerciales, en particular empresas del sector de la tecnología médica, con quienes pueden desarrollar su tecnología para aplicaciones prácticas.

    El equipo demostrará la sensibilidad de sus sensores en el Hall 2 (Stand B46) detectando ejemplos sorprendentes de objetos magnéticos en las inmediaciones.

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