Ilmuwan Jerman Kembangkan Sensor Kuantum Berlian Baru, Tingkatkan Akurasi Kontrol Antarmuka Otak hingga 590 Kali

Ilmuwan Jerman baru-baru ini memperkenalkan sensor kuantum baru berbasis berlian, yang memiliki potensi untuk memungkinkan penyandang disabilitas mengendalikan eksoskeleton mekanis hanya dengan pikiran mereka. Penelitian ini dilakukan oleh tim dari Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF, yang mengembangkan sensor ini untuk mendeteksi medan magnet yang sangat lemah dengan sensitivitas tinggi menggunakan sistem laser. Dibandingkan dengan teknologi yang ada, perangkat ini mencapai 100% kontras optik dan meningkatkan keseimbangan antara sensitivitas dan rentang pengukuran hingga 590 kali.

Pemimpin proyek ini adalah peneliti Dr. Jan Jeske dari institut tersebut, yang memimpin kelompok penelitian sensor kuantum. Jeske pertama kali mengusulkan model teoretis untuk sistem laser berlian yang mengandung nitrogen vacancy (NV) sepuluh tahun yang lalu. Jeske menjelaskan, "Saya sangat senang bahwa kami sekarang telah secara eksperimental membuktikan ketergantungan medan magnet terhadap ambang laser." Aplikasi sensor ini dapat mencakup antarmuka otak-komputer, pengujian medis, navigasi, serta eksplorasi sumber daya.

Prinsip dan Aplikasi Teknologi Baru

Sensor yang mendeteksi medan magnet memiliki batasan dalam mengukur medan magnet yang sangat lemah, sementara sensor dengan rentang lebih luas biasanya memiliki sensitivitas yang lebih rendah. Oleh karena itu, tim peneliti menciptakan teknik yang disebut pengukuran magnet dengan ambang laser. Teknologi ini bergantung pada NV center, yang pada dasarnya adalah cacat kecil dalam kristal berlian yang dapat bereaksi terhadap medan magnet. Ketika atom nitrogen menggantikan atom karbon dalam berlian, NV center terbentuk dan meninggalkan posisi yang berdekatan kosong. Sensor kuantum berlian tradisional mengukur fluoresensi yang dipancarkan oleh cacat ini. Teknologi baru ini menempatkan berlian langsung di dalam rongga laser.

NV center berinteraksi dengan medan cahaya laser, menyebabkan perubahan medan magnet yang mempengaruhi keluaran laser. Dalam kondisi tertentu, perubahan ini bahkan dapat mematikan laser, mencapai 100% kontras optik. Sebagai perbandingan, sebagian besar sensor magnet berbasis NV biasanya hanya dapat mencapai beberapa persen kontras.

Sistem ini dapat menghasilkan sinyal laser dengan daya hingga 50 miliwatt (mW), yang jauh lebih kuat dibandingkan dengan sinyal sensor tradisional. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa teknologi ini, di bawah batasan noise foton ideal, dapat mendeteksi medan magnet yang sangat lemah dengan sensitivitas di bawah 400 femto Tesla (fT) per akar Hertz (Hz). Menurut tim peneliti, selain meningkatkan pengukuran medan magnet, penemuan ini juga dapat membantu penyandang disabilitas. Sinyal ini pada akhirnya dapat ditransmisikan melalui antarmuka otak-komputer untuk mengendalikan eksoskeleton mekanis. Penggunaan lain yang mungkin termasuk mendeteksi sinyal magnet lemah dari jantung dan otot, meningkatkan akurasi navigasi, serta mendeteksi anomali magnet bawah tanah.

Tantangan dan Prospek Pengembangan Teknologi

Namun, teknologi ini masih dalam tahap pengembangan dan belum diuji. Peneliti doktoral Florian Schall dari Fraunhofer IAF, penulis utama penelitian ini, mengatakan dalam konferensi pers, "Metode kami mungkin mengatasi trade-off yang telah lama membatasi pengembangan dan aplikasi sensor medan magnet." Ia menambahkan, "Ini akan membuka jalan bagi generasi baru sensor medan magnet yang bergerak dan sangat sensitif." Penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Nature Communications.

Dampak Potensial Sensor Kuantum Baru

Pengembangan sensor kuantum berlian baru ini menandai kemajuan teknologi dalam antarmuka otak, yang memungkinkan penyandang disabilitas untuk mengendalikan eksoskeleton mekanis dengan lebih akurat, menunjukkan potensinya di bidang medis. Selain itu, sensitivitas tinggi dan peningkatan kontras optik dari teknologi ini dapat mengubah standar pengukuran medan magnet yang ada, memperluas aplikasinya dalam navigasi dan eksplorasi sumber daya. Namun, teknologi ini masih dalam tahap pengembangan, dan aplikasi praktis di masa depan masih memerlukan pengujian dan verifikasi lebih lanjut.