รู้จักเทคโนโลยี ‘เกราะล่องหน’ ที่ช่วยป้องกันเครื่อง MRI และ อุปกรณ์แพทย์ จากคลื่นสนามแม่เหล็กทุกรูปทรง

ทีมนักวิศวกรจากมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ (University of Leicester) ได้เปิดเผยแนวคิดล้ำสมัยสำหรับอุปกรณ์ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อ 'พราง' ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนด้วยวิธีทางแม่เหล็ก เทคโนโลยีนี้เปรียบเสมือนการสวมผ้าคลุมล่องหนให้แก่อุปกรณ์ ทำให้สิ่งเหล่านั้นรอดพ้นจากการตรวจจับและปลอดภัยจากการรบกวนของสนามแม่เหล็กภายนอก โดยหลักการทำงานของอุปกรณ์พรางตัวทางแม่เหล็ก (Magnetic Cloak) คือการซ่อนหรือปกป้องวัตถุด้วยการควบคุมทิศทางการไหลของสนามแม่เหล็กให้เคลื่อนที่อ้อมผ่านรอบวัตถุไป ในลักษณะที่เสมือนว่าไม่มีวัตถุนั้นดำรงอยู่ตรงจุดนั้นเลย

การก้าวข้ามขีดจำกัดจากทฤษฎีสู่การปฏิบัติ

ในผลงานวิจัยที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Science Advances ทีมวิศวกรได้สาธิตให้เห็นเป็นครั้งแรกว่า การสร้างอุปกรณ์พรางตัวที่ใช้งานได้จริงในเชิงวิศวกรรมนั้นมีความเป็นไปได้ โดยอาศัยการผสมผสานระหว่างวัสดุตัวนำยิ่งยวด (Superconductors) และสารเฟอร์โรแมกเนติกแบบอ่อน (Soft Ferromagnets) ในรูปแบบที่สามารถนำมาผลิตได้จริงในอุตสาหกรรม ทีมวิจัยได้นำเทคนิคการคำนวณและทฤษฎีชั้นสูงมาประยุกต์ใช้ อาทิ การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงและการจำลองสถานการณ์ด้วยคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงที่อิงตามพารามิเตอร์ในโลกความเป็นจริง สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถพัฒนากรอบการออกแบบใหม่ที่อิงหลักฟิสิกส์ ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างอุปกรณ์พรางตัวสำหรับวัตถุที่มีรูปทรงใดก็ได้ตามต้องการ ต่างจากในอดีตที่อุปกรณ์พรางตัวมักดำรงอยู่เพียงในทฤษฎี หรือจำกัดอยู่แค่รูปทรงเรขาคณิตพื้นฐานอย่างทรงกระบอกเท่านั้น

โซลูชันสำหรับการออกแบบรูปทรงที่ซับซ้อน

การศึกษานี้ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่แสดงให้เห็นถึงวิธีการออกแบบอุปกรณ์พรางตัวทางแม่เหล็กสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นสิ่งที่พบเห็นได้ทั่วไปในโลกแห่งความเป็นจริง นอกจากความสามารถในการรองรับรูปทรงที่ซับซ้อนแล้ว อุปกรณ์พรางตัวเหล่านี้ยังคงรักษาประสิทธิภาพในการทำงานไว้ได้ แม้จะต้องเผชิญกับความเข้มของสนามแม่เหล็กและความถี่ที่หลากหลายและกว้างขวาง ความสามารถดังกล่าวทำให้อุปกรณ์พรางตัวทางแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และเซนเซอร์ที่มีความไวสูงจากการรบกวนทางแม่เหล็ก ซึ่งกำลังกลายเป็นความท้าทายที่ทวีความรุนแรงขึ้นในหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่อุปกรณ์ทางการแพทย์ ไปจนถึงเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนและอวกาศ

ความจำเป็นเร่งด่วนในโลกเทคโนโลยีขั้นสูง

สนามแม่เหล็กที่ไม่พึงประสงค์สามารถสร้างความเสียหายและรบกวนการทำงานของเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำสูง เซนเซอร์ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ จนนำไปสู่ความผิดเพี้ยนของสัญญาณ ความผิดพลาดของข้อมูล หรือแม้กระทั่งความล้มเหลวของอุปกรณ์ ปัญหานี้เป็นข้อกังวลที่เพิ่มมากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น โรงพยาบาล โครงข่ายไฟฟ้า ระบบการบินและอวกาศ รวมถึงห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ สถานที่เหล่านี้ล้วนต้องการการปกป้องที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเพื่อให้เทคโนโลยีที่มีความละเอียดอ่อนสามารถทำงานได้อย่างราบรื่น งานวิจัยชิ้นนี้จึงเป็นการเปิดประตูสู่การสร้างอุปกรณ์พรางตัวและตัวนำทางแม่เหล็กที่ปรับแต่งให้เหมาะสมกับอุปกรณ์เฉพาะเจาะจง โดยใช้วัสดุที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์อยู่แล้ว

อนาคตของการประยุกต์ใช้และการผลิตจริง

ศักยภาพในการประยุกต์ใช้นวัตกรรมนี้มีอยู่อย่างมหาศาล ไม่ว่าจะเป็นการป้องกันชิ้นส่วนภายในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน การปกป้องระบบภาพทางการแพทย์อย่างเครื่องสแกน MRI หรือการแยกเซนเซอร์ควอนตัมในระบบนำทางและการสื่อสารออกจากสัญญาณรบกวน ดร. Harold Ruiz จากคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเลสเตอร์ ได้กล่าวเน้นย้ำว่า 'การพรางตัวด้วยแม่เหล็กไม่ได้เป็นเพียงแนวคิดล้ำยุคที่ผูกติดอยู่กับเงื่อนไขทางทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบอีกต่อไป การศึกษานี้พิสูจน์ให้เห็นว่าอุปกรณ์พรางตัวที่ใช้งานได้จริงและสามารถผลิตได้สำหรับรูปทรงที่ซับซ้อนนั้นอยู่แค่เอื้อม ซึ่งจะช่วยให้เกิดโซลูชันการป้องกันคลื่นรบกวนยุคใหม่สำหรับวงการวิทยาศาสตร์ การแพทย์ และอุตสาหกรรม'

สำหรับก้าวต่อไปของทีมวิจัย คือการมุ่งเน้นไปที่การผลิตและการทดสอบเชิงทดลองของอุปกรณ์พรางตัวทางแม่เหล็กเหล่านี้ โดยจะใช้วัสดุเทปตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงและคอมโพสิตแม่เหล็กแบบอ่อน ซึ่งขณะนี้ทางทีมงานได้วางแผนสำหรับการศึกษาต่อเนื่องและการร่วมมือกับพันธมิตรต่างๆ เพื่อนำการออกแบบเหล่านี้จากหน้ากระดาษทฤษฎีออกมาสู่การใช้งานในสภาพแวดล้อมจริง

ที่มา: Phys.org