Platforma Eureka îmbunătățește sensibilitatea senzorilor obișnuiți

Scris de Sean Ballard

Senzorii optici servesc drept coloana vertebrală a multor eforturi științifice și tehnologice, de la detectarea undelor gravitaționale la imagistica țesutului biologic în scopuri de diagnostic medical. Acești senzori folosesc lumina pentru a detecta modificări ale proprietăților mediului pe care îl monitorizează, inclusiv biomarkeri chimici și proprietăți fizice, cum ar fi temperatura. O provocare continuă în detectarea optică este creșterea sensibilității pentru a detecta semnale slabe în mijlocul zgomotului.

O nouă cercetare realizată de Lan Yang, profesorul Edwin H. și Florence G. Skinner la Departamentul de Inginerie Electrică și a Sistemelor Preston M. Green de la Școala de Inginerie McKelvey de la Universitatea Washington din St. Louis, deblochează puterea extraordinară a EP-urilor pentru avansate detecție optică. Într-un studiu publicat pe 5 aprilie în revista Science Advances, Yang și primul autor Wenbo Mao, un doctorand în laboratorul lui Yang, au arătat că aceste EP unice – condiții specifice în sistemele în care pot apărea fenomene optice neobișnuite – le pot implementa pe senzori convenționali. pentru a obține o sensibilitate uimitoare la perturbările mediului.

Yang și Mao au dezvoltat o platformă de detectare îmbunătățită de EP care depășește limitările abordărilor anterioare. Spre deosebire de metodele tradiționale care necesită modificări ale senzorului în sine, sistemul lor inovator are un controler EP care poate fi conectat la senzori externi separați fizic. Această configurație permite ajustarea EP-urilor numai prin ajustări ale controlerului, permițând o sensibilitate superioară fără a fi nevoie de modificări complexe ale senzorului.

„Am implementat o nouă platformă care poate transfera îmbunătățirea EP la senzorii optici tradiționali”, a spus Yang. „Acest sistem reprezintă o extensie revoluționară a senzorului îmbunătățit EP, crescând foarte mult aplicabilitatea și universalitatea acestuia. Orice senzor sensibil la fază poate obține o sensibilitate îmbunătățită și o limită de detecție redusă prin conectarea la această configurație. Pur și simplu prin ajustarea controlerului, această configurație EP se poate adapta la diferite scenarii de detectare, cum ar fi detectarea mediului, monitorizarea sănătății și imagistica biomedicală.

Separând funcțiile de detectare și control, Yang și Mao au evitat cu succes cerințele fizice stricte pentru funcționarea senzorilor în EP, care au împiedicat până acum adoptarea lor pe scară largă. Acest lucru deschide calea pentru aplicarea îmbunătățirii EP la o gamă largă de senzori convenționali – inclusiv rezonatoare inelare, senzori termici și magnetici și senzori care captează vibrații sau detectează perturbări în biomarkeri – îmbunătățind semnificativ limita de detecție a senzorilor utilizați de oamenii de știință. de fapt . Cu controlerul setat la EP, senzorul poate funcționa diferit – nu pe EP – și poate beneficia în continuare de beneficiile EP îmbunătățite.

Ca o dovadă a conceptului, echipa lui Yang a testat limita de detectare a sistemului sau capacitatea de a detecta perturbări slabe din cauza zgomotului sistemului. Ei au demonstrat o reducere de șase ori a limitei de detectare a senzorului utilizând configurația EP îmbunătățită în comparație cu senzorul convențional.

„Cu această muncă, am arătat că ne putem îmbunătăți semnificativ capacitatea de a detecta perturbări cu semnale slabe”, a spus Mao. „Acum suntem concentrați pe aplicarea acestei teorii la scară largă. Mă concentrez în mod special pe aplicațiile medicale, în special pe munca de detectare magnetică îmbunătățită, care poate fi folosită pentru a îmbunătăți tehnologia RMN. În prezent, RMN necesită o cameră plină cu control precis al temperaturii. „Platforma noastră EP poate fi utilizată pentru a îmbunătăți detectarea magnetică pentru a permite RMN-ul portabil pe pat.”