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.
Penemuan Baru Ilmuwan Australia dalam Teknologi Sensor Kuantum
Tim ilmuwan dari Adelaide University berhasil mengembangkan pendekatan baru untuk memperbaiki performa sensor kuantum yang memanfaatkan rangkaian superkonduktor. Riset terbaru tersebut dikembangkan oleh Quantum and Nano Technology Group atau QuaNTeG, dengan tujuan penting mengatasi keterbatasan teknis pada perangkat Superconducting Quantum Interference Device atau SQUID. Sensor tersebut dikenal karena mengukur perubahan medan magnet yang amat lemah. Keunggulan ini menempatkannya sebagai perangkat bernilai tinggi dalam sejumlah aplikasi pengukuran, termasuk sistem pencitraan otak yang membutuhkan tingkat sensitivitas luar biasa besar untuk membaca sinyal biologis.
Pengembangan yang dilakukan tim Adelaide dipimpin oleh Associate Professor Giuseppe Tettamanzi dari School of Chemical Engineering Adelaide University. Selama proses penelitian, tim juga melibatkan mahasiswa doktoral Ross Monaghan dan Jonathan Marenkovic. Hasil penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Applied tersebut menghadirkan metode yang lebih sederhana bagi insinyur superkonduktor. Berbeda dengan rancangan sebelumnya yang membutuhkan banyak struktur dengan ukuran berbeda, desain baru ini menggunakan susunan komponen yang tidak terlalu rumit. Inovasi tersebut dapat mendukung peningkatan kinerja sensor tanpa perlu menurunkan sensitivitas pengukurannya.
Teknologi Pendeteksi Medan Magnet dalam Sistem Pencitraan Otak
Instrumen pengukuran kuantum beroperasi melalui prinsip fisika kuantum untuk mengidentifikasi perubahan lingkungan yang memiliki intensitas amat rendah. Pada penelitian sistem saraf, kemampuan tersebut mempunyai nilai besar karena aktivitas listrik sel saraf dapat menghasilkan medan magnet yang berintensitas rendah. Salah satu metode yang mengandalkan pengukuran medan magnet otak adalah magnetoensefalografi atau MEG. Metode ini memungkinkan ilmuwan untuk mempelajari aktivitas saraf berdasarkan perubahan medan magnet. Memiliki prinsip berbeda dibandingkan pencitraan yang mengandalkan struktur anatomi, MEG menghasilkan informasi mengenai dinamika sinyal otak dengan kemampuan pengamatan waktu yang rinci.
Dalam sistem pengukuran tersebut, SQUID menggunakan sifat material superkonduktor yang beroperasi pada kondisi suhu sangat rendah. Bagian utama dalam banyak rancangan SQUID adalah Josephson junction, yaitu elemen superkonduktor yang berperan dalam munculnya efek kuantum pada rangkaian. Berkat karakteristik tersebut, perubahan fluks magnetik yang sangat kecil dapat diterjemahkan menjadi sinyal yang memungkinkan pemrosesan lebih lanjut. Walaupun memiliki sensitivitas tinggi, pengembangan sensor belum sepenuhnya terbebas dari tantangan ketika dituntut mengenali nilai medan magnet absolut. Kondisi tersebut menjadi alasan bagi para ilmuwan Adelaide untuk menguji rancangan yang lebih efektif tanpa melemahkan keunggulan sensitivitas sensor.
Peran Bare Loops dalam Penyempurnaan Rangkaian Kuantum
Keunggulan utama dari inovasi sensor tersebut adalah penggunaan struktur yang disebut bare loops. Bagian rangkaian ini merupakan jalur tertutup superkonduktor yang tidak dilengkapi Josephson junction. Pada rancangan konvensional, pengembang menerapkan banyak loop dengan dimensi tidak seragam untuk mengatasi kesulitan menentukan medan magnet absolut. Meskipun metode tersebut dapat bekerja, kompleksitas rangkaian dapat menurunkan sensitivitas perangkat. Melalui inovasi Adelaide, para peneliti menyusun loop dengan ukuran sama, kemudian mengubah beberapa bagian menjadi bare loops untuk membentuk respons magnetik yang lebih menguntungkan.
Pendekatan tersebut memunculkan fenomena yang disebut synthetic area spread. Dalam penjelasan yang mudah dipahami, fenomena ini menyebabkan rangkaian dengan loop berukuran sama memberikan respons seolah-olah menggunakan banyak loop dengan luas berbeda. Karakteristik baru ini muncul karena perubahan cara sinyal magnetik bergerak di dalam jaringan superkonduktor. Melalui pengaturan ini, kebutuhan menggunakan berbagai ukuran fisik loop dapat dikurangi. Pendekatan baru itu membuka peluang memperbaiki proses perancangan perangkat sekaligus mempertahankan kondisi yang diperlukan untuk mencapai sensitivitas setinggi mungkin.
Manfaat Pengembangan Sensor Kuantum untuk Teknologi Medis
Pengembangan sensor kuantum menghadirkan kemungkinan bagi pengembangan diagnostik medis yang memerlukan pengukuran sinyal berintensitas rendah. Bagi penelitian sistem saraf, peningkatan kualitas detektor berpotensi membantu sistem pengukuran mendeteksi perubahan medan magnet dengan gangguan pengukuran lebih rendah. Informasi tersebut dapat berguna untuk mempelajari bagaimana jaringan saraf berkomunikasi selama aktivitas tertentu. Dalam penerapan penelitian, pengukuran magnetik otak berpotensi dimanfaatkan untuk menganalisis pola aktivitas saraf. Walaupun prospeknya menjanjikan, penelitian Adelaide belum memberikan bukti bahwa rancangan baru ini sudah meningkatkan hasil pemeriksaan pasien.
Selain untuk pencitraan otak, sensor superkonduktor yang memiliki kinerja lebih baik dapat dikembangkan untuk 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 pada banyak kondisi mudah tertutup gangguan. Namun demikian, peningkatan kemampuan satu komponen sensor tidak otomatis menjamin pemeriksaan yang lebih cepat bagi pasien. Berbagai faktor lain seperti pemrosesan sinyal, pengendalian gangguan lingkungan, sistem pendinginan, dan validasi medis masih perlu dikembangkan sebelum teknologi digunakan dalam pelayanan rutin.
Pengujian Eksperimental dan Tantangan Pengembangan Sensor Kuantum
Sebagai langkah memverifikasi pendekatan yang diusulkan, tim Adelaide melengkapi analisis teori dengan pengujian eksperimental. Kelompok ilmuwan tersebut menyiapkan rangkaian superkonduktor yang disusun sesuai kebutuhan penelitian, kemudian melakukan pengamatan pada suhu ekstrem rendah. Hasil percobaan menunjukkan bahwa perangkat berperilaku sesuai prediksi teori. Hasil validasi ini menjadi bukti penting bahwa pengaturan bare loops berhasil memunculkan synthetic area spread. Walaupun hasilnya positif, penelitian ini tetap memerlukan kelanjutan pada tahapan pengembangan sebelum perangkat dapat digunakan secara luas.
Tahap pengembangan selanjutnya adalah meningkatkan performa sensor dan menyelidiki kesesuaiannya untuk kebutuhan dunia nyata. Selama penyempurnaan teknologi, para pengembang harus memperhatikan stabilitas perangkat, kebutuhan pendinginan, karakteristik gangguan, serta kesesuaian penggunaan dengan sistem elektronik lainnya. Salah satu keuntungan rancangan baru adalah potensi mempermudah proses fabrikasi karena tidak menuntut pembuatan banyak loop dengan ukuran yang berbeda. Di sisi lain, penyederhanaan desain belum berarti bahwa biaya produksi massal sudah dapat ditekan. Pendekatan yang dikembangkan juga diajukan melalui permohonan paten internasional, sementara studi lanjutan terus dilakukan untuk menyempurnakan kemampuan perangkat.
Kesimpulan: Masa Depan Sensor Kuantum dalam Pencitraan Otak
Terobosan ilmuwan Adelaide University memberikan gambaran bahwa pendekatan rekayasa yang tepat dapat membuka kesempatan pengembangan teknologi sensor kuantum. Berkat pemanfaatan bare loops dan fenomena synthetic area spread, para ilmuwan berhasil memperkenalkan solusi terhadap persoalan desain sebelumnya pada perangkat SQUID. Kemajuan ini menawarkan prospek untuk mendukung perkembangan TEKNOLOGI pencitraan otak, pengukuran elektromagnetik, dan perangkat komunikasi sensitif. Kendati membawa harapan baru, pengujian tambahan dan pengembangan sistem masih diperlukan sebelum manfaatnya dapat dibuktikan dalam penggunaan klinis. Menurut Anda, apakah sensor kuantum berpotensi menjadi salah satu teknologi penting dalam pemeriksaan otak masa depan? Ceritakan pemikiran Anda mengenai perkembangan teknologi ini.
