- El nuevo sensor cuántico de diamante puede aumentar la precisión del control de interfaces cerebro-máquina en un 590%.
- La tecnología utiliza centros NV para detectar campos magnéticos débiles, ofreciendo alta sensibilidad.
- La investigación muestra que el sensor puede ser utilizado en pruebas médicas y navegación, entre otras aplicaciones.
- La tecnología aún está en desarrollo y no se ha realizado pruebas prácticas.
Recientemente, científicos alemanes han presentado un nuevo sensor cuántico basado en diamante, un dispositivo que tiene el potencial de permitir a las personas paralizadas controlar exoesqueletos mecánicos solo con su mente. Esta investigación fue desarrollada por el equipo del Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF, y el sensor utiliza un sistema láser para detectar campos magnéticos débiles con alta sensibilidad. En comparación con la tecnología existente, el dispositivo logra un 100% de contraste óptico y mejora el equilibrio entre sensibilidad y rango de medición en hasta un 590%.
El responsable del proyecto es el investigador Dr. Jan Jeske, quien lidera el grupo de sensores cuánticos en el instituto. Jeske propuso por primera vez hace diez años un modelo teórico para un sistema láser de diamante que utiliza centros de vacantes de nitrógeno (NV). Jeske explicó: "Estoy muy contento de que ahora hayamos demostrado experimentalmente la dependencia del campo magnético del umbral del láser". Las aplicaciones de este sensor podrían incluir interfaces cerebro-computadora, pruebas médicas, navegación y exploración de recursos.
Principios y aplicaciones de la nueva tecnología
Los sensores que detectan campos magnéticos tienen un rango limitado para medir campos muy débiles, mientras que los sensores de mayor rango suelen tener menor sensibilidad. Por lo tanto, el equipo de investigación ha creado una técnica llamada medición magnética de umbral láser. Esta técnica se basa en los centros NV, que son esencialmente pequeñas imperfecciones en el cristal de diamante que responden a campos magnéticos. Cuando un átomo de nitrógeno reemplaza a un átomo de carbono en el diamante, se forma un centro NV, dejando un espacio vacío en la posición adyacente. Los sensores cuánticos de diamante tradicionales miden la fluorescencia emitida por estas imperfecciones. La nueva técnica coloca el diamante directamente en la cavidad del láser.
Los centros NV interactúan con el campo óptico del láser, lo que provoca que los cambios en el campo magnético afecten la salida del láser. En ciertas condiciones, estos cambios incluso pueden apagar el láser, logrando un 100% de contraste óptico. En comparación, la mayoría de los sensores magnéticos basados en NV generalmente solo pueden lograr unos pocos porcentajes de contraste.
El sistema puede generar señales láser de hasta 50 miliwatios (mW), lo que es significativamente más fuerte que las señales de los sensores tradicionales. Los resultados de los cálculos indican que esta técnica, bajo el límite de ruido de fotones ideal, puede detectar campos magnéticos extremadamente débiles con una sensibilidad inferior a 400 femto Tesla (fT) por raíz de Hertz (Hz). Según el equipo de investigación, además de mejorar la medición de campos magnéticos, este descubrimiento podría ayudar a las personas paralizadas. Estas señales podrían eventualmente ser transmitidas a través de interfaces cerebro-computadora para controlar exoesqueletos mecánicos. Otros posibles usos incluyen la detección de débiles señales magnéticas del corazón y los músculos, mejorar la precisión de la navegación y detectar anomalías magnéticas subterráneas.
Desafíos y perspectivas del desarrollo tecnológico
Sin embargo, la tecnología aún está en desarrollo y no se ha realizado pruebas. Florian Schall, investigador doctoral del Fraunhofer IAF y primer autor del estudio, declaró en una conferencia de prensa: "Nuestro enfoque podría resolver el compromiso que ha limitado durante mucho tiempo el desarrollo y la aplicación de sensores de campo magnético". Agregó: "Esto abrirá el camino para una nueva generación de sensores de campo magnético móviles y de alta sensibilidad". La investigación ha sido publicada en la revista Nature Communications.
Impacto potencial del nuevo sensor cuántico
El desarrollo de este nuevo sensor cuántico de diamante marca un avance en la tecnología de interfaces cerebro-máquina, permitiendo a las personas paralizadas controlar exoesqueletos mecánicos con mayor precisión, lo que demuestra su potencial en el ámbito médico. Además, la alta sensibilidad de la tecnología y la mejora del contraste óptico podrían cambiar los estándares actuales de medición de campos magnéticos, ampliando su aplicación en navegación y exploración de recursos. Sin embargo, la tecnología aún está en fase de desarrollo, y las aplicaciones prácticas futuras requieren más pruebas y validaciones.