Les physiciens de l'Université de la Sarre ont développé des capteurs de champ magnétique qui battent des records de sensibilité et ouvrent toute une gamme de nouvelles applications potentielles, des mesures sans contact de l'activité électrique dans le cœur ou le cerveau humain à la détection de gisements de minerai ou de vestiges archéologiques en profondeur. Le professeur Uwe Hartmann et son équipe de recherche ont développé un système qui leur permet de détecter des signaux magnétiques faibles sur de grandes distances dans des environnements normaux (pas de vide, pas de basses températures, pas de blindage), malgré la présence de nombreuses sources d'interférences. Leur système peut détecter des intensités de signal bien inférieures à un milliardième de tesla - environ un million de fois plus petit que le champ magnétique terrestre - et peut être utilisé pour détecter des signaux biomagnétiques dans le corps humain ou des phénomènes géophysiques.

L'équipe de recherche exposera à Hannover Messe à partir du 1er avril (Hall 2, Stand B46) et recherchent des partenaires avec lesquels ils peuvent développer leur technologie pour des applications pratiques.

Si les médecins veulent examiner le cœur d'un patient pour voir s'il bat de façon irrégulière, ils doivent d'abord fixer des électrodes sur la poitrine du patient, poignets et chevilles. Il en va de même lorsqu'on essaie de mesurer l'activité électrique du cerveau. Le patient doit d'abord être câblé avant que l'activité électrique de son cerveau puisse être enregistrée. Mais quand les choses doivent aller vite, cela peut signifier que le personnel médical perd un temps précieux. Ce serait beaucoup plus facile si un appareil similaire à un détecteur de métaux était disponible qui pourrait être balayé sur le corps ou la tête du patient mais fournirait toujours des résultats fiables. Jusqu'à maintenant, les procédures de diagnostic médical sans contact ont échoué parce qu'elles ne sont tout simplement pas adaptées à un usage quotidien. Des capteurs suffisamment sensibles pour mesurer les champs biomagnétiques produits par le corps humain doivent fonctionner dans des environnements très soigneusement réglementés. Ils doivent être bien protégés des sources d'interférences externes, doivent fonctionner à des températures très basses inférieures à -200 °C ou nécessitent un vide.

Maintenant, cependant, Le professeur Uwe Hartmann et son équipe de physiciens expérimentateurs de l'Université de la Sarre ont réussi à développer des capteurs de champ magnétique capables de fonctionner dans des conditions ambiantes normales tout en étant capables de détecter des signaux de très faible niveau, tels que les faibles champs biomagnétiques produits par de nombreuses fonctions du corps. « On pourrait dire que la précision de notre technique est comme être capable de localiser un grain de sable dans une chaîne de montagnes. Nous pouvons détecter sur des distances relativement grandes des champs magnétiques qui sont environ un million de fois plus faibles que le champ magnétique terrestre - quelques picoteslas, c'est un millionième de millionième de tesla, " explique Uwe Hartmann. Jusque là, des capteurs fonctionnant dans des conditions ambiantes normales ont pu détecter des champs magnétiques environ mille fois plus petits que le champ magnétique terrestre.

Le vrai défi, cependant, n'était pas la magnitude à peine détectable des signaux eux-mêmes. « Le principal problème lors de la mesure de ces minuscules signaux dans un environnement normal est de pouvoir séparer proprement les signaux de la multitude de signaux d'interférence qui sont inévitablement présents, " dit Hartmann. Il y a toutes sortes de facteurs qui génèrent du bruit ou qui falsifient le signal faible qui intéresse les physiciens. Les sources d'interférence incluent le champ magnétique terrestre, appareils électriques, circulation en mouvement, signaux provenant d'autres organes du corps ou même des tempêtes solaires. Le groupe de recherche de Hartmann travaille depuis des années sur des magnétomètres (capteurs de champ magnétique) et a développé avec succès ces dispositifs pour toute une gamme d'applications. 'Au cours des dernières années, nous avons réussi à augmenter la sensibilité et la sélectivité de nos magnétomètres. La sensibilité que nos capteurs démontrent maintenant est le résultat non seulement de notre travail continu de développement de capteurs, mais surtout les améliorations de nos logiciels de traitement de données, ' il explique.

Hartmann et son équipe ont été impliqués dans plusieurs projets où leur objectif était de filtrer les signaux d'interférence des données de mesure. Les chercheurs de Sarrebruck ont, par exemple, a développé un câble de capteur intelligent dans lequel les magnétomètres sont connectés les uns aux autres dans un réseau. Un certain nombre de ces systèmes sont actuellement testés en tant que composants des systèmes de gestion du trafic aéroportuaire. Dans une autre application, les capteurs sont utilisés pour la surveillance à distance des clôtures périmétriques. Dans ce cas, le système doit être capable de distinguer et d'identifier tous les différents facteurs qui provoquent des changements mesurables dans le champ magnétique. L'équipe de recherche a donc effectué un grand nombre d'essais dans lesquels ils ont simulé des modifications du champ magnétique, tels que ceux qui se produisent lorsque la clôture vibre ou lorsqu'elle est heurtée, et attribué les modèles de signaux résultants aux sources correspondantes. Les physiciens ont modélisé mathématiquement les modèles de signaux, traduit les résultats en algorithmes et les a utilisés pour programmer l'analyseur, un processus qui est continuellement affiné à mesure que des données de plus en plus détaillées deviennent disponibles. «Nous utilisons ces informations pour enseigner le système et étendre continuellement ses capacités. Il peut reconnaître des modèles de signaux typiques et les affecter automatiquement à différentes sources d'interférences. Nous sommes maintenant en mesure d'attribuer très précisément les données de mesure et les modèles de signaux à leurs causes respectives, " explique Hartmann.

Bien que les travaux menés par le professeur Hartmann et son équipe soient essentiellement de la recherche fondamentale, il existe un large éventail d'applications potentielles pour ces magnétomètres très sensibles. Ils pourraient, par exemple, être utilisé à des fins de diagnostic en cardiologie ou en neurologie, où ils pourraient compléter les techniques existantes telles que l'ECG (électrocardiographie) ou l'EEG (électroencéphalographie). Un autre domaine d'utilisation potentiel est la détection géophysique lors de la recherche de pétrole brut, gisements minéraux ou vestiges archéologiques.

L'équipe de recherche présentera son travail à Hannover Messe où elle recherchera des partenaires commerciaux, notamment les entreprises du secteur des technologies médicales, avec qui ils peuvent développer leur technologie pour des applications pratiques.

L'équipe démontrera la sensibilité de ses capteurs dans le Hall 2 (Stand B46) en détectant des exemples surprenants d'objets magnétiques à proximité.