Οι κβαντικοί αισθητήρες είναι όργανα μέτρησης υψηλής ακρίβειας των οποίων η λειτουργία βασίζεται στα αποτελέσματα του κβαντικού
Το 2022, ο όγκος της παγκόσμιας αγοράς για το κβαντικόΟι αισθητήρες ξεπέρασαν τα 278 δισεκατομμύρια δολάρια και, σύμφωνα με τους αναλυτές, τα επόμενα 10 χρόνια θα αυξηθούν άλλες τρεις φορές. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία, την υγειονομική περίθαλψη, τη βιομηχανία, τη γεωλογία, τις μεταφορές, τη μηχανική υπολογιστών και πολλούς άλλους τομείς. Για παράδειγμα, ένα κβαντικό βαρυόμετρο, που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ, θα μπορούσε να βοηθήσει τους γεωλόγους να βρουν κοιτάσματα πετρελαίου και άλλων ορυκτών. Η αρχή της λειτουργίας του βασίζεται σε «ψυχρά» άτομα: η θερμοκρασία τους πέφτει σε τιμές κοντά στο απόλυτο μηδέν, γεγονός που τους δίνει τη δυνατότητα να καταγράφουν ακόμη και ανεπαίσθητες αλλαγές στη βαρύτητα. Αυτό σας επιτρέπει να ανιχνεύσετε επικίνδυνα κενά υπόγεια, τα οποία μπορεί να οδηγήσουν σε έκτακτη ανάγκη στο ορυχείο. Στο μέλλον, το βαρυόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή και στην παρακολούθηση της μεταφοράς φορτίου.
Αλλά η πραγματικά ανεκτίμητη συμβολή του κβαντικούαισθητηριακή μπορεί να φέρει στην ιατρική. Λόγω της ευαισθησίας τους, οι αισθητήρες είναι σε θέση να συλλάβουν τα πρώτα σήματα της νόσου ακόμη και πριν μπορέσουν να «πιαστούν» από άλλες διαγνωστικές μεθόδους. Και η ανίχνευση της νόσου σε πρώιμο στάδιο είναι ένας από τους κύριους παράγοντες για την επιτυχή θεραπεία.
Μαγνητικά σήματα
Ένας από τους κύριους τομείς εφαρμογής του κβαντικούαισθητήρες στην ιατρική — μαγνητοεγκεφαλογραφία. Αυτή η διαδικασία σας επιτρέπει να μελετήσετε την κατάσταση του εγκεφάλου μετρώντας τα μαγνητικά πεδία που προκύπτουν κατά την ηλεκτρική του δραστηριότητα.
Οι περισσότερες σύγχρονες διαγνωστικές μέθοδοιΟι ασθένειες του εγκεφάλου καταγράφονται όχι από μαγνητικά, αλλά από ηλεκτρικά στοιχεία - για παράδειγμα, η ηλεκτροεγκεφαλογραφία λειτουργεί με αυτήν την αρχή. Αλλά αυτή η διαδικασία δεν παρέχει πλήρεις πληροφορίες: οι αισθητήρες πρέπει να πιάσουν το σήμα μέσω του κρανίου και του ιστού και το ανθρώπινο σώμα είναι κακός αγωγός των ηλεκτρικών πεδίων.
Με τα μαγνητικά πεδία, όλα είναι διαφορετικά:ένα μαγνητικό σήμα από ένα μέρος του εγκεφάλου περνά μέσα από τους ιστούς σε αμετάβλητη κατάσταση, ώστε να μπορούμε να πάρουμε περισσότερα δεδομένα από αυτό. Η δυσκολία είναι ότι τα μαγνητικά πεδία του εγκεφάλου μας είναι δύσκολο να συλληφθούν, επειδή η δύναμή τους είναι εξαιρετικά μικρή: 10 δισεκατομμύρια φορές μικρότερη από αυτή της Γης. Αυτό απαιτεί πολύ ευαίσθητες συσκευές, όπως κβαντικούς αισθητήρες. Αποτυπώνοντας αυτά τα μικρά μαγνητικά πεδία, οι αισθητήρες καθιστούν δυνατή τη διάγνωση διαφόρων όγκων του εγκεφάλου, του συνδρόμου Alzheimer ή της επιληψίας.
Έτσι, η έναρξη της επιληπτικής διαδικασίας ξεκινά μεμικροσκοπική περιοχή στον εγκεφαλικό φλοιό. Με τη βοήθεια του EEG και του MRI, είναι πολύ δύσκολο να βρεθεί η εστίαση, αλλά οι κβαντικοί αισθητήρες είναι αρκετά ικανοί για μια τέτοια εργασία. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν ο ασθενής πρόκειται να υποβληθεί σε χειρουργική επέμβαση και είναι απαραίτητο να βρεθεί η περιοχή που πρέπει να αφαιρεθεί όσο το δυνατόν ακριβέστερα.
Κβαντικοί αισθητήρες για υπερευαίσθητομαγνητοεγκεφαλογράφοι υπάρχουν ήδη, και το 2021, η ομάδα QLU με επιστήμονες από το Skoltech και την Ανώτατη Οικονομική Σχολή του Εθνικού Ερευνητικού Πανεπιστημίου ανέπτυξαν τον νέο τους τύπο - το πρώτο υπερευαίσθητο μαγνητόμετρο στερεάς κατάστασης στον κόσμο που μπορεί να λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου. Ένα χρόνο αργότερα, η QLU προσέλκυσε 33 εκατομμύρια ρούβλια επένδυσης για να κλιμακώσει το σύστημα και να δημιουργήσει το πρώτο εργαστηριακό πρωτότυπο.
Παράδοση διεύθυνσης
Ένας άλλος τομέας της ιατρικής όπου μπορούνχρήση κβαντικών αισθητήρων για διάγνωση και θεραπεία ογκολογικών ασθενειών. Η QLU εργάζεται επί του παρόντος σε μία από αυτές τις μεθόδους μαζί με το εργαστήριο υλικών του Gleb Sukhorukov. Το εργαστήριο δημιουργεί μικροκάψουλες - ένα είδος δοχείων που μπορούν να γεμίσουν με ένα φάρμακο και να εισαχθούν στην κυκλοφορία του αίματος. Λόγω ειδικής βιολογικής επικάλυψης, μπορούν να εντοπιστούν σε περιοχές φλεγμονής και ογκολογίας. Θέλουμε να τοποθετήσουμε μαγνητικά νανοσωματίδια σε αυτά τα δοχεία - τότε με τη βοήθεια κβαντικών αισθητήρων θα είναι δυνατό να δούμε πού εντοπίζονται αυτά τα σωματίδια και έτσι να εντοπιστεί ο όγκος σε πρώιμο στάδιο και αυτό θα αυξήσει σημαντικά τις πιθανότητες επιτυχούς έκβασης της νόσου. Οι αισθητήρες έχουν ήδη αποδείξει την αποτελεσματικότητά τους για την παρακολούθηση μαγνητικών σωματιδίων: πρόσφατα στο Το QLU δοκιμάστηκε με επιτυχία σε εργαστηριακά ποντίκια στα οποία έγινε ένεση νανοσωματιδίων και ήταν σε θέση να δουν την κατανομή τους σε όλο το σώμα.
Αυτή η μέθοδος μπορεί να είναι χρήσιμη όχι μόνο γιαδιαγνωστικά, αλλά και στη θεραπεία. Έτσι, επιπλοκές στην ογκολογία συχνά προκύπτουν από τις συνέπειες της χημειοθεραπείας, η οποία χρησιμοποιεί πολύ τοξικές ουσίες. Εάν τα νανοσωματίδια συνδέονται με μια κάψουλα που περιέχει ένα φάρμακο, μπορεί να εγχυθεί εξ αποστάσεως στον όγκο. Όταν η κάψουλα προσκολληθεί στα καρκινικά κύτταρα, θα το δούμε αυτό, θα ανοίξουμε το δοχείο χρησιμοποιώντας εστιασμένο υπέρηχο ή ένα μαγνητικό πεδίο και έτσι θα απελευθερώσουμε το φάρμακο. Με αυτόν τον τρόπο, θα στοχεύει στα καρκινικά κύτταρα και θα ενεργεί πάνω τους με ακρίβεια, χωρίς να δηλητηριάζει ολόκληρο το σώμα.
Από την αποκατάσταση στο Διαδίκτυο των πραγμάτων
Το δυναμικό της κβαντικής ανίχνευσης περιλαμβάνειτεράστιες δυνατότητες για την εφαρμογή του. Έτσι, οι κβαντικοί αισθητήρες μπορούν να βοηθήσουν στην αποκατάσταση ασθενών που έχουν υποστεί εγκεφαλικό. Για να αντισταθμιστούν οι λειτουργίες για τις οποίες ευθύνονταν οι νεκρές περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού, για παράδειγμα, η ικανότητα ελέγχου των άκρων, πρέπει να ενεργοποιηθούν νέες περιοχές. Και εδώ οι πολύ ευαίσθητοι αισθητήρες παίζουν μεγάλο ρόλο. Για παράδειγμα, ένα άτομο φαντάζεται ότι κινεί το χέρι του και αυτή τη στιγμή ενεργοποιούμε το άκρο χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή. Ο εγκέφαλος αρχίζει να χτίζει νέες νευρικές συνδέσεις. Για τη συμβατική ηλεκτροεγκεφαλογραφία αυτό είναι ένα πολύ μακρύ και δύσκολο έργο, αλλά με κβαντικούς αισθητήρες γίνεται εφικτό. Και στο μέλλον, η σύνδεση μεταξύ των σημάτων του εγκεφάλου και της κίνησης των άκρων θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο των προσθετικών.
Μια άλλη πολλά υποσχόμενη περιοχή του κβαντικούαισθητηριακή - παρακολούθηση βιολογικών διεργασιών μέσα στο κύτταρο. Για να γίνει αυτό, πρέπει να εισάγετε έναν αισθητήρα στο ίδιο το κελί. Αλλά για να μην βλάψει τη δουλειά του, ο αισθητήρας πρέπει να είναι μικροσκοπικός σε μέγεθος και ορισμένοι τύποι κβαντικών αισθητήρων έχουν τέτοιες διαστάσεις.
Εκτός ιατρικής, οι κβαντικοί αισθητήρες μπορούν να βρουν τους δικούς τουςεφαρμογή στο βιομηχανικό Διαδίκτυο των πραγμάτων, στη νέα γενιά τεχνολογιών πλοήγησης, στη μελέτη διεργασιών στο φλοιό της γης, για παράδειγμα, παρακολούθηση σεισμών και σε πολλούς άλλους τομείς.
Διαβάστε περισσότερα:
Ένας θησαυρός με 1.000 νομίσματα βρέθηκε κατά λάθος σε μια φάρμα: τι μπορούσαν να αγοράσουν
Ονομάστηκε μια βιταμίνη που προστατεύει τον εγκέφαλο από την άνοια
Αποδείχθηκε ποιοι άνδρες είναι οι πιο γόνιμοι: το σπέρμα τους είναι 50% καλύτερο από τους υπόλοιπους