- สายเซ็นเซอร์ควอนตัมเพชรชนิดใหม่สามารถเพิ่มความแม่นยำในการควบคุมอุปกรณ์เชื่อมต่อสมองถึง 590 เท่า
- เทคโนโลยีนี้ใช้การตรวจจับสนามแม่เหล็กอ่อนด้วย NV center ซึ่งมีความไวสูง
- การวิจัยแสดงให้เห็นว่าสายเซ็นเซอร์นี้สามารถใช้ในการทดสอบทางการแพทย์และการนำทางได้หลายรูปแบบ
- เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา ยังไม่ได้ทำการทดสอบจริง
นักวิทยาศาสตร์เยอรมันได้แสดงให้เห็นถึงสายเซ็นเซอร์ควอนตัมชนิดใหม่ที่ใช้เพชร ซึ่งมีศักยภาพที่จะทำให้ผู้ที่เป็นอัมพาตสามารถควบคุมโครงกระดูกกลไกได้เพียงแค่ใช้ความคิด การวิจัยนี้ดำเนินการโดยทีมงานจากสถาบันฟรอยน์โฮเฟอร์เพื่อฟิสิกส์ของสถานะของแข็งที่ใช้ในทางปฏิบัติ (Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF) โดยสายเซ็นเซอร์นี้ใช้ระบบเลเซอร์ในการตรวจจับสนามแม่เหล็กอ่อนอย่างมีความไวสูง เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีที่มีอยู่ สายเซ็นเซอร์นี้สามารถสร้างความแตกต่างทางแสงได้ถึง 100% และเพิ่มความไวระหว่างความไวและช่วงการวัดได้ถึง 590 เท่า
ผู้รับผิดชอบโครงการนี้คือ ดร. Jan Jeske นักวิจัยจากสถาบันดังกล่าว ซึ่งเป็นผู้นำกลุ่มวิจัยด้านเซ็นเซอร์ควอนตัม Jeske ได้เสนอโมเดลทฤษฎีการใช้ระบบเลเซอร์เพชรที่มีตำแหน่งว่างจากไนโตรเจน (NV center) เป็นครั้งแรกเมื่อสิบปีที่แล้ว Jeske กล่าว "ผมรู้สึกยินดีมากที่เราสามารถพิสูจน์การพึ่งพาสนามแม่เหล็กต่อเกณฑ์การทำงานของเลเซอร์ได้ในเชิงทดลอง" การใช้สายเซ็นเซอร์นี้อาจรวมถึงการเชื่อมต่อสมอง-คอมพิวเตอร์ การทดสอบทางการแพทย์ การนำทาง และการสำรวจทรัพยากร
หลักการและการใช้งานของเทคโนโลยีใหม่
สายเซ็นเซอร์ที่ตรวจจับสนามแม่เหล็กมีช่วงการวัดที่จำกัดสำหรับสนามแม่เหล็กที่อ่อนมาก ในขณะที่สายเซ็นเซอร์ที่มีช่วงกว้างกว่ามักมีความไวต่ำกว่า ดังนั้นทีมวิจัยจึงได้สร้างเทคนิคที่เรียกว่า การวัดสนามแม่เหล็กด้วยเกณฑ์เลเซอร์ เทคนิคนี้ขึ้นอยู่กับ NV center ซึ่งเป็นข้อบกพร่องเล็กๆ ในผลึกเพชรที่สามารถตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กได้ เมื่ออะตอมไนโตรเจนแทนที่อะตอมคาร์บอนในเพชร จะทำให้เกิด NV center และทิ้งตำแหน่งที่อยู่ข้างเคียงว่างเปล่า เซ็นเซอร์ควอนตัมเพชรแบบดั้งเดิมจะวัดแสงเรืองแสงที่เกิดจากข้อบกพร่องเหล่านี้ เทคโนโลยีใหม่จะวางเพชรไว้ในห้องเลเซอร์โดยตรง
NV center จะมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแสงของเลเซอร์ ทำให้การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กส่งผลต่อการส่งออกของเลเซอร์ ในบางเงื่อนไข การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจทำให้เลเซอร์ปิดลงได้ ทำให้เกิดความแตกต่างทางแสงถึง 100% ในขณะที่เซ็นเซอร์แม่เหล็กที่ใช้ NV ส่วนใหญ่สามารถทำได้เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์
ระบบนี้สามารถสร้างสัญญาณเลเซอร์ที่มีกำลังสูงถึง 50 มิลลิวัตต์ (mW) ซึ่งมีความเข้มมากกว่าสัญญาณของเซ็นเซอร์แบบดั้งเดิมมาก ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กที่อ่อนมากซึ่งมีความไวต่ำกว่า 400 ฟีม่า เทสลา (fT) ต่อรากที่สองของเฮิร์ตซ์ (Hz) ภายใต้ข้อจำกัดของเสียงฟอตอนในอุดมคติ ตามที่กลุ่มวิจัยกล่าว การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่จะปรับปรุงการวัดสนามแม่เหล็ก แต่ยังอาจช่วยผู้ที่เป็นอัมพาตได้ สัญญาณเหล่านี้อาจถูกส่งผ่านการเชื่อมต่อสมอง-คอมพิวเตอร์เพื่อควบคุมโครงกระดูกกลไก การใช้งานอื่นๆ ที่เป็นไปได้ยังรวมถึงการตรวจจับสัญญาณแม่เหล็กอ่อนจากหัวใจและกล้ามเนื้อ การเพิ่มความแม่นยำในการนำทาง และการตรวจจับความผิดปกติของสนามแม่เหล็กใต้ดิน
ความท้าทายและอนาคตของการพัฒนาเทคโนโลยี
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยียังอยู่ในระหว่างการพัฒนาและยังไม่ได้ทำการทดสอบ ดร. Florian Schall นักวิจัยระดับปริญญาเอกจาก Fraunhofer IAF และผู้เขียนหลักของการวิจัยกล่าวในงานแถลงข่าวว่า "วิธีการของเราอาจช่วยแก้ไขปัญหาที่จำกัดการพัฒนาและการใช้งานของเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กมาอย่างยาวนาน" เขาเสริมว่า "สิ่งนี้จะเปิดทางให้กับเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ได้ใหม่และมีความไวสูง" การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากเซ็นเซอร์ควอนตัมชนิดใหม่
การพัฒนาสายเซ็นเซอร์ควอนตัมเพชรชนิดใหม่นี้ถือเป็นความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการเชื่อมต่อสมอง ซึ่งสามารถช่วยให้ผู้ที่เป็นอัมพาตควบคุมโครงกระดูกกลไกได้อย่างแม่นยำมากขึ้น แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในด้านการแพทย์ นอกจากนี้ ความไวสูงและการเพิ่มความแตกต่างทางแสงของเทคโนโลยีนี้อาจเปลี่ยนมาตรฐานการวัดสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ และขยายการใช้งานในด้านการนำทางและการสำรวจทรัพยากร อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยียังอยู่ในระหว่างการพัฒนา การใช้งานจริงในอนาคตยังต้องการการทดสอบและการตรวจสอบเพิ่มเติม