Cada latido de su corazón o estallido de actividad cerebral se basa en pequeñas corrientes electrofisiológicas que generan ondas minúsculas en el campo magnético circundante. Estas variaciones de campo proporcionan la base para una variedad de herramientas de investigación y técnicas de diagnóstico con nombres prolijos como magnetoencefalografía (MEG) y magnetocardiografía (MCG). Pero aprovechar los débiles campos magnéticos de la biología requiere medidas heroicas y costosas, incluyendo escudos de alta tecnología para bloquear el más grande, fuerzas magnéticas potencialmente confusas a nuestro alrededor y sensores de campo magnético boutique que requieren un enfriamiento de helio líquido costoso y engorroso.

El nuevo magnetómetro atómico de DARPA para la obtención de imágenes biológicas en el terreno nativo de la Tierra (AMBIIENT) tiene como objetivo marcar el comienzo de la detección del campo magnético en una nueva era en la que los MEG, MCG, y una variedad de otras técnicas de detección de campo magnético incluidas en la lista de deseos se convierten en realidades prácticas para una amplia gama de aplicaciones. Potencialmente en el horizonte por ejemplo, son sistemas de sensores para detectar señales espinales, diagnosticar conmociones cerebrales, e interfaces cerebro-máquina (BMI) para usos tales como el control de prótesis y máquinas externas a través de señales magnéticas sutiles asociadas con el pensamiento.

Algunos elefantes en la habitación han estado impidiendo que la detección del campo biomagnético se extienda más allá de sus limitaciones actuales. El planeta Tierra ha sido el mayor revuelo. Su campo magnético promedio es 50 millonésimas de Tesla, una unidad de fuerza de campo magnético que lleva el nombre del inventor de mediados del siglo XIX y principios del XX, Nikola Tesla. Esto significa que el campo magnético de la Tierra es de un millón a mil millones de veces más fuerte que los 10 picoTesla (10 ^-11 Tesla) a 10 femtoTesla (10 ^-14 Tesla) campos magnéticos que emanan de cuerpos humanos. Además de eso, incluso los sensores de campo magnético de última generación, basados ​​en por ejemplo, en dispositivos de interferencia cuántica superconductores (SQUID):sufren de un rango dinámico limitado, lo que significa que no pueden responder de manera confiable en presencia de intensidades de campo magnético que abarcan muchos órdenes de magnitud, como es el caso cuando los campos magnéticos biológicos se superponen sobre el propio magnetismo de la Tierra. Sin escudos intensos, esos susurros magnéticos de la biología se perderían en medio del estruendo del magnetismo de la Tierra, incluso con los mejores sensores disponibles en juego.

"Tradicionalmente, La medición de pequeñas señales magnéticas en entornos ambientales se ha basado en pares de sensores de alto rendimiento separados por una distancia de línea de base y luego midiendo las pequeñas diferencias de intensidad de campo entre los dos sensores. "dijo Robert Lutwak, Gerente de programas de AMBIIENT en la Oficina de Tecnología de Microsistemas de DARPA. "Esta técnica gradiométrica ha funcionado bien para aplicaciones en topografía geofísica y detección de artefactos explosivos sin detonar, "Lutwak agregó, "pero debido a la combinación del rango dinámico limitado de los sensores y la variación espacial natural de las señales de fondo, este enfoque se queda corto en varios órdenes de magnitud para poder detectar señales magnéticas biológicas ".

El programa AMBIIENT desafía a la comunidad de investigadores a diseñar nuevos tipos de gradiómetros magnéticos que puedan detectar firmas magnéticas picoTesla y femtoTesla al aire libre. sin blindaje y con cualquier entorno de campo magnético ambiental. Para hacerlo, será necesario que los investigadores, en palabras de Lutwak, "explotar nuevas técnicas y arquitecturas de física atómica para medir directamente gradientes extremadamente pequeños en campos magnéticos sin tener que comparar la diferencia entre las mediciones de campo absoluto de dos sensores separados a lo largo de una línea de base". Un enfoque basado en la física que probablemente seguirán los artistas de AMBIIENT es monitorear los cambios en la polarización u otras características medibles de un pequeño rayo láser a medida que pasa a través de las células de vapor que albergan átomos que responden en formas que alteran el rayo láser incluso a los campos magnéticos de femtoTesla. La monitorización de los cambios en las características de la luz láser abriría así una nueva y práctica ventana a los campos magnéticos que antes no se podían medir en condiciones ambientales. Esto abre escenarios en los que, decir, un médico en un campo de batalla podría manejar un sensor similar a una varita para detectar rápidamente a un guerrero en busca de signos de conmoción cerebral u otro trauma en la cabeza escritos en los campos magnéticos sutiles del cerebro

"La detección y las imágenes magnéticas de alta sensibilidad ofrecerán una nueva y poderosa herramienta para la investigación médica y el diagnóstico clínico de la actividad neurológica y cardíaca, ", dijo Lutwak." El objetivo de DARPA es terminar con la capacidad de detección magnética de alta sensibilidad en un dispositivo de bajo costo que puede operar en entornos comunes ". También prevé algunas extensiones poco comunes de detección de campo magnético, incluyendo navegación magnética (MagNav) como respaldo, alternativa, o complemento de la navegación basada en GPS. Equipado con el tipo de sensores que podrían surgir del programa AMBIIENT, por ejemplo, una aeronave que navega por la costa a altitudes de un avión de pasajeros podría ser capaz de realizar un seguimiento de las variaciones del campo magnético que varían naturalmente y están bien cartografiadas en la superficie de la Tierra para determinar su ubicación sobre el suelo dentro de unos 250 metros.