Peneliti Adelaide Temukan Cara Meningkatkan Sensor Kuantum untuk Pencitraan Otak
Terobosan baru dalam dunia TEKNOLOGI kuantum membuka peluang besar bagi pengembangan perangkat pencitraan otak yang lebih sensitif dan akurat. Tim peneliti dari Adelaide University, Australia, berhasil menemukan pendekatan inovatif untuk meningkatkan kemampuan sensor kuantum dalam mendeteksi medan magnet yang sangat lemah. Penemuan yang diumumkan pada 27 Oktober 2026 ini berpotensi mendukung kemajuan diagnostik medis, pemantauan aktivitas otak, hingga sistem komunikasi modern. Melalui perubahan sederhana pada rancangan rangkaian superkonduktor, para ilmuwan menawarkan solusi terhadap keterbatasan sensor yang selama ini menjadi tantangan dalam pengembangan perangkat pengukuran berpresisi tinggi.
Inovasi Sensor Kuantum dari Adelaide University untuk Dunia Medis
Para peneliti dari Adelaide University berhasil mengembangkan pendekatan baru untuk meningkatkan kinerja sensor kuantum yang memanfaatkan rangkaian superkonduktor. Kajian ilmiah ini dikerjakan oleh Quantum and Nano Technology Group atau QuaNTeG, dengan fokus utama mengatasi tantangan desain pada perangkat Superconducting Quantum Interference Device atau SQUID. Sensor tersebut dikenal karena mengidentifikasi perubahan medan magnet yang luar biasa halus. Keunggulan ini menempatkannya sebagai komponen penting dalam berbagai penelitian ilmiah, termasuk sistem pencitraan otak yang membutuhkan tingkat sensitivitas yang presisi untuk mendeteksi sinyal biologis.
Pengembangan yang dilakukan tim Adelaide berada di bawah arahan Associate Professor Giuseppe Tettamanzi dari School of Chemical Engineering Adelaide University. Pada pengembangan teknologi tersebut, tim turut didukung oleh mahasiswa doktoral Ross Monaghan dan Jonathan Marenkovic. Hasil penelitian yang dilaporkan dalam jurnal Physical Review Applied tersebut menghadirkan pendekatan alternatif bagi insinyur superkonduktor. Tidak seperti rancangan sebelumnya yang membutuhkan banyak struktur dengan ukuran berbeda, metode ini menerapkan susunan komponen yang tidak terlalu rumit. Perubahan ini membuka kesempatan memperbaiki kinerja sensor tanpa harus mengorbankan sensitivitas pengukurannya.
Cara Kerja Sensor Kuantum dalam Mendeteksi Aktivitas Otak
Sensor kuantum beroperasi melalui prinsip fisika kuantum untuk mengukur perubahan lingkungan yang sulit diamati. Pada penelitian sistem saraf, kemampuan tersebut memegang peranan penting karena aktivitas listrik sel saraf menimbulkan medan magnet yang sulit ditangkap. Salah satu metode yang memanfaatkan pengukuran medan magnet otak adalah magnetoensefalografi atau MEG. Sistem pemeriksaan tersebut memungkinkan ilmuwan untuk mengamati aktivitas saraf berdasarkan perubahan medan magnet. Memiliki prinsip berbeda dibandingkan pencitraan yang mengandalkan struktur anatomi, MEG memberikan informasi mengenai perubahan aktivitas jaringan saraf dengan ketelitian waktu tinggi.
Ketika digunakan sebagai pendeteksi magnetik, SQUID mengandalkan sifat material superkonduktor yang bekerja pada kondisi suhu ekstrem rendah. Elemen mendasar dalam banyak rancangan SQUID adalah Josephson junction, yaitu sambungan khusus yang mendukung munculnya efek kuantum pada rangkaian. Dengan prinsip kerja ini, perubahan fluks magnetik yang amat halus dapat direpresentasikan menjadi sinyal yang memungkinkan pemrosesan lebih lanjut. Namun demikian, pengembangan sensor masih menghadapi tantangan ketika perlu mengidentifikasi nilai medan magnet absolut. Kondisi tersebut memotivasi para ilmuwan Adelaide untuk mengembangkan rancangan yang lebih sederhana tanpa mengurangi keunggulan sensitivitas sensor.
Peran Bare Loops dalam Penyempurnaan Rangkaian Kuantum
Aspek paling menarik dari penemuan terbaru adalah pemanfaatan struktur yang disebut bare loops. Struktur ini merupakan jalur tertutup superkonduktor yang dibuat tanpa Josephson junction. Pada metode yang lebih lama, pengembang menerapkan banyak loop dengan ukuran berbeda untuk mengurangi kesulitan menentukan medan magnet absolut. Meskipun metode tersebut mampu memberikan hasil, kompleksitas rangkaian berpotensi mengurangi sensitivitas perangkat. Melalui inovasi Adelaide, para peneliti mempertahankan loop dengan ukuran sama, kemudian mengubah beberapa bagian menjadi bare loops untuk membentuk respons magnetik yang mendukung pengukuran.
Metode inovatif ini menciptakan fenomena yang dinamai synthetic area spread. Secara sederhana, fenomena ini membuat rangkaian dengan loop berukuran sama menunjukkan karakteristik seolah-olah menggunakan banyak loop dengan luas berbeda. Karakteristik baru ini muncul karena perubahan cara sinyal magnetik bergerak di dalam jaringan superkonduktor. Dengan demikian, kebutuhan menggunakan susunan loop yang berbeda luas dapat dihindari dalam desain tersebut. Penemuan tersebut membuka peluang memperbaiki proses perancangan perangkat sekaligus menjaga kondisi yang penting untuk mencapai sensitivitas yang optimal.
Manfaat Pengembangan Sensor Kuantum untuk Teknologi Medis
Peningkatan teknologi pengukuran kuantum memberikan prospek bagi penelitian neurologi yang membutuhkan pengukuran sinyal berintensitas rendah. Dalam konteks pencitraan otak, peningkatan kualitas detektor mungkin memungkinkan sistem pengukuran mendeteksi perubahan medan magnet dengan lebih baik. Data yang dihasilkan memiliki nilai penting untuk mempelajari bagaimana jaringan saraf saling berinteraksi selama aktivitas tertentu. Pada kegiatan pengamatan ilmiah, pengukuran magnetik otak memiliki kegunaan untuk mengamati dinamika jaringan saraf. Akan tetapi, penelitian Adelaide belum membuktikan bahwa rancangan baru ini sudah menghasilkan manfaat klinis langsung.
Di luar penggunaan neurologi, sensor superkonduktor yang semakin sensitif mempunyai peluang digunakan dalam berbagai kebutuhan pengukuran elektromagnetik. Aplikasi potensialnya antara lain perangkat radiofrekuensi, sistem komunikasi dengan gangguan rendah, dan instrumen penelitian fisika. Dalam lingkungan medis, kualitas pengukuran mempunyai peran besar karena sinyal biologis dalam sejumlah pemeriksaan memiliki amplitudo rendah. Walaupun pengembangan ini menjanjikan, peningkatan kemampuan satu komponen sensor belum tentu langsung menghasilkan pemeriksaan yang lebih terjangkau untuk rumah sakit. Berbagai faktor lain seperti pemrosesan sinyal, pengendalian gangguan lingkungan, sistem pendinginan, dan validasi medis perlu diuji secara menyeluruh sebelum teknologi digunakan dalam pelayanan rutin.
Langkah Peneliti Menguji Rancangan Sensor Superkonduktor
Sebagai langkah memverifikasi pendekatan yang diusulkan, tim Adelaide tidak hanya mengandalkan analisis teori dengan percobaan laboratorium. Kelompok ilmuwan tersebut menyiapkan rangkaian superkonduktor yang mengikuti model yang dikembangkan, kemudian melakukan pengamatan pada suhu sangat rendah. Data eksperimen mengonfirmasi bahwa perangkat menunjukkan karakteristik yang cocok dengan prediksi teori. Temuan eksperimental tersebut memberikan dukungan kuat bahwa pengaturan bare loops dapat menghasilkan synthetic area spread. Meskipun demikian, penelitian ini tetap memerlukan kelanjutan pada tahapan pengembangan sebelum produk komersial tersedia.
Tantangan berikutnya adalah meningkatkan performa sensor dan menyelidiki kesesuaiannya untuk kebutuhan dunia nyata. Selama penyempurnaan teknologi, para pengembang perlu mempertimbangkan stabilitas perangkat, kebutuhan pendinginan, karakteristik gangguan, serta kesesuaian penggunaan dengan sistem elektronik lainnya. Nilai tambah rancangan baru adalah peluang menyederhanakan proses fabrikasi karena tidak mewajibkan pembuatan banyak loop dengan ukuran yang berbeda. Namun, penyederhanaan desain belum berarti bahwa biaya produksi massal akan langsung turun. Konsep penelitian tersebut juga telah menjadi subjek permohonan paten internasional, sementara studi lanjutan masih berlangsung untuk memperluas pemanfaatan perangkat.
Kesimpulan: Masa Depan Sensor Kuantum dalam Pencitraan Otak
Terobosan ilmuwan Adelaide University memberikan gambaran bahwa pendekatan rekayasa yang tepat berpotensi menciptakan kesempatan pengembangan teknologi sensor kuantum. Melalui penggunaan bare loops dan fenomena synthetic area spread, para ilmuwan menawarkan solusi terhadap persoalan desain sebelumnya pada perangkat SQUID. Kemajuan ini memiliki potensi untuk mendukung perkembangan TEKNOLOGI pencitraan otak, pengukuran elektromagnetik, dan perangkat komunikasi sensitif. Walaupun menjanjikan, pengujian tambahan dan pengembangan sistem tetap menjadi kebutuhan sebelum manfaatnya dapat dirasakan dalam penggunaan klinis. Bagaimana pendapat Anda, apakah sensor kuantum dapat berkembang menjadi salah satu teknologi penting dalam pengembangan diagnostik neurologi? Ceritakan pemikiran Anda mengenai peluang inovasi tersebut.
