تبين أن مقياس المغناطيسية الخاص بالعلماء الروس أكثر إحكاما وأكثر مقاومة للتداخل

المجالات المغناطيسية تحيط بنا في كل مكان. يتم إنشاؤها بواسطة أي أجهزة عاملة: المحركات وخطوط الكهرباء والمعالجات في الهواتف وأجهزة الكمبيوتر. إنهم أنفسهم غير مرئيين، لكن تغييراتهم يمكن أن تخبرنا الكثير عن الظواهر الخفية. على سبيل المثال، يؤدي الحمل الزائد على الشبكة الكهربائية إلى تغيير مجالها قبل وقوع الحادث. من خلال التعرف عليه باستخدام مقياس المغناطيسية (جهاز خاص للقياس)، يمكنك ملاحظة الخطر في الوقت المناسب دون الاتصال بالأسلاك. في الاستكشاف الجيولوجي، يشوه خام الحديد مجال الأرض – هكذا يظهر الشذوذ على السطح. وبعد اكتشافه، وجد الجيولوجيون الرواسب دون الحفر بشكل أعمى. وفي مجال الطيران، يعمل مجال الأرض كنقطة مرجعية طبيعية: حيث يحدد الجهاز التضاريس. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنشاء المجالات المغناطيسية ليس فقط عن طريق التكنولوجيا، ولكن أيضًا عن طريق الإنسان نفسه. ينتج القلب والدماغ والعضلات إشارات مغناطيسية ضعيفة جدًا أثناء عملها. وهنا يوفر قياسها أيضًا معلومات مهمة: من خلال التغييرات في هذه المجالات، يمكن الحكم على عمل الأعضاء دون عمليات جراحية وحتى بدون أقطاب كهربائية. على سبيل المثال، يلتقط جهاز الاستشعار الموجود بالقرب من الصدر الإشارات المغناطيسية من القلب. إذا انحرفت عن القاعدة، فهذا يعني أن هناك مشكلة سيلاحظها الطبيب قبل ظهور الأعراض الواضحة. لكن الإشارة الأضعف، كلما كان عليك إحضار الجهاز أقرب، وإلا فإنه ببساطة لن يميز أي شيء. ولهذا السبب يجب أن يكون مقياس المغناطيسية صغيرًا ومدمجًا. لكن معظم الأدوات الموجودة إلكترونية، وتعتمد دقتها وموثوقيتها بشكل مباشر على حجمها. يعمل الجهاز الضخم بثبات ولا يخاف من التداخل، ولكن من الصعب استخدامه عمليًا – لا يمكنك الضغط عليه على صدر المريض، ولا يمكنك تأمينه على متن الطائرة، ولا يمكنك وضعه في حجرة ضيقة من المحطة الفرعية. إذا قمت بتقليله إلى حجم صغير، فسوف يبدأ في ارتكاب الأخطاء بسبب التداخل الخارجي، وسوف تتأكسد جهات الاتصال المعدنية الداخلية بسرعة وتفشل. تعتبر مقاييس المغناطيسية الضوئية أكثر حداثة وموثوقية. بدلا من المعدن والكهرباء، يستخدمون الخيوط الخفيفة والزجاجية – الألياف الضوئية. لذلك، فهي لا تصدأ، ولا تخاف من التداخل الكهرومغناطيسي، وهو أمر مهم للطب والطيران، ويمكن تصنيعها صغيرة جدًا. ولكن لديهم أيضا عيوبهم. في الألياف الضوئية التقليدية، لا ينتقل الضوء بشكل صارم على طول الفتيل، ولكنه ينتشر جزئيًا إلى الجوانب. تخيل أنك قمت بتسليط مؤشر ليزر ليس على الحائط، بل على الماء – يصبح الشعاع غير واضح ويفقد وضوحه. إذن هذا هو الحال: الإشارة المفيدة من المجال المغناطيسي غارقة في هذه التشوهات الضوئية. يبدأ المستشعر في الكذب. يمكن أن يؤدي ذلك إلى عدم ملاحظة الطبيب لمشكلة في القلب وعدم ملاحظة المهندس لبداية وقوع حادث. اليوم، يحاول المهندسون حل هذه المشكلة بمساعدة طبقات عاكسة خاصة داخل الألياف الضوئية – فهي تعيد جزءًا من الضوء وتقلل التشوه قليلاً. لكن من المستحيل إزالة الضوضاء تمامًا: فالإشارات المغناطيسية الضعيفة لا تزال غارقة في تداخل الضوء الخاص بها. ولذلك، فإن إنشاء مقياس مغناطيسي ضوئي صغير ودقيق وموثوق به يظل تحديًا هندسيًا مهمًا. لحل هذه المشكلة، قام علماء من جامعة بيرم بوليتكنيك، بالتعاون مع زملاء من PNPK وجامعة ولاية الشرق الأقصى للنقل، بتطوير مقياس مغناطيسي مصغر من الألياف الضوئية، وهو ضعف فعالية نظائره. تم نشر المقال في مجموعة وقائع مؤتمر “المؤتمر الدولي الخامس عشر للضوئيات وبصريات المعلومات” 2026. يعتمد الجهاز على ألياف زجاجية ملتوية بشكل حلزوني مثل الزنبرك. يبدأ كابل الضوء العادي، في حالة ثنيه، في “تشتت” الضوء – وتكون الإشارة مشوهة. في الظروف الحقيقية، ينحني المستشعر حتمًا أثناء التثبيت أو أثناء التشغيل، ولكن يمكن ثني الألياف الملتوية بأي شكل من الأشكال – يظل الضوء نقيًا. يمر شعاع ضوئي نموذجي عبر الألياف مرة واحدة ويخرج على الفور. وفي رحلة واحدة قصيرة، لا يتوفر للمجال المغناطيسي الضعيف أي وقت تقريبًا للتأثير عليه – فالتغيير صغير جدًا لدرجة أن الجهاز ببساطة لا يستطيع ملاحظته. ولذلك، فإن الابتكار الرئيسي للعلماء هو أنهم أغلقوا الألياف في حلقة. الآن يعمل الضوء في دوائر عدة مرات متتالية. تخيل أنك تقوم بتدوير دائري. إذا قمت بالضغط عليه مرة واحدة، فإنه بالكاد سوف يتمايل. ولكن إذا قمت بدفعها في كل لفة، فسوف تدور أكثر فأكثر. الأمر نفسه هنا: مع كل دورة جديدة، يدفع المجال المغناطيسي شعاع الضوء، وحتى المجال الضعيف جدًا يترك في النهاية أثرًا ملحوظًا. ولتقييم كيفية عمل هذا التصميم، أجرى العلماء سلسلة من التجارب. لقد غيروا القوة الحالية ولاحظوا كيف تغير سلوك شعاع الضوء. وبناء على البيانات التي تم الحصول عليها، تم بناء الرسم البياني. صورة تشغيل المستشعر / © الخدمة الصحفية لـ PNIPU – قمنا بمقارنة نوعين من الأشعة: العادية والملتوية. اتضح أن المجال المغناطيسي يؤثر على الشعاع الثاني بمقدار الضعف. وإذا ركض في حلقة مغلقة، فإن التأثير يكون أكبر. ونتيجة لذلك، أصبح جهازنا أكثر حساسية بمرتين من الدوائر الضوئية القديمة. وهناك ميزة أخرى وهي أنه بفضل الألياف الحلزونية، فإن المستشعر لا يخاف من التشوه. قال أنطون تشوفيزغالوف، باحث مبتدئ في قسم الفيزياء العامة في PNRPU: “يمكنك ثنيه وهزه، لكنه لن يبدأ في الكذب”. تغير الألياف الضوئية العادية خصائصها عند أدنى انحناء: “ينتشر” الضوء الموجود فيها وتصبح القراءات غير دقيقة. ويبدو أن الهيكل الملتوي يحدد الاتجاه الصحيح للضوء، مما يجعل الجهاز مقاومًا للاهتزاز والانحناء. أي أن المستشعر يحافظ على الدقة في أي ظروف ميدانية – يمكن التقاطه بأمان عندما تفشل الإلكترونيات التقليدية، سيمكننا ذلك في المستقبل من إنشاء أجهزة قياس مغناطيسية يمكن تركيبها مباشرة في أداة الحفر التي تحفر في الأرض بحثًا عن النفط، أو في روبوتات الاستطلاع التي تفحص الأنقاض، أو في أجهزة الاستشعار الطبية المحمولة التي يرتديها المريض على الجسم، ولن تهتم هذه الأجهزة إذا اهتزت أو انحنيت، وسوف تستمر في إنتاج نتائج دقيقة.