Il GPS ha vent’anni di onorato servizio, ma mostra già segni di stanchezza. Basta un edificio alto, una galleria, qualche chilometro sott’acqua e il segnale sparisce. Per non parlare di quando qualcuno decide di disturbarlo deliberatamente. I ricercatori del Fraunhofer Institute hanno trovato un’alternativa elegante: trasformare i difetti dei diamanti sintetici in sensori quantistici ultraprecisi. Il loro magnetometro legge le variazioni del campo magnetico terrestre come fosse una mappa invisibile. E funziona davvero: ovunque, anche a 1300 metri di profondità.
Un diamante imperfetto che misura tutto
La tecnologia si basa su quello che i fisici chiamano centri azoto-vacanza (NV). In sostanza, quando un atomo di carbonio nel reticolo cristallino del diamante viene sostituito da un atomo di azoto, si crea un “difetto” che ha proprietà quantistiche straordinarie. Michael Stoebe, responsabile dell’unità Quantum Devices al Fraunhofer, spiega:
“Questi centri NV funzionano come i più piccoli magneti di scansione esistenti, capaci di misurare con precisione i componenti vettoriali del campo magnetico terrestre”.
I ricercatori sono riusciti a ridurre le dimensioni del magnetometro di un fattore 30 in appena un anno. Oggi il sensore ha dimensioni paragonabili ai magnetometri ottici tradizionali usati nell’industria, ma mantiene una sensibilità nell’ordine dei picotesla. L’obiettivo per il prossimo anno è ridurre ulteriormente le dimensioni di un fattore 5, raggiungendo sensibilità sub-picotesla. A quel punto il “vecchio” GPS sarà spacciato.
Come funziona la navigazione magnetica col magnetometro diamante
Il campo magnetico terrestre, lo sapete, non è uniforme. Presenta variazioni regionali distintive che possono essere mappate con precisione estrema. Queste “impronte digitali” magnetiche diventano punti di riferimento per la navigazione. Come dimostrato in test subacquei condotti nel Mar Cinese Meridionale a 1300 metri di profondità, il magnetometro quantistico mantiene un’accuratezza di navigazione entro 5 gradi rispetto ai sistemi tradizionali.
La tecnologia offre vantaggi decisivi rispetto al GPS: funziona sottoterra, sott’acqua, all’interno di edifici e in qualsiasi ambiente dove i segnali satellitari non possono arrivare. Non può essere disturbata o hackerata, perché è completamente passiva. Michael Kunzer, project manager al Fraunhofer, sottolinea l’approccio orientato alle applicazioni:
“Rispondiamo ai requisiti individuali dei nostri sistemi, sviluppando sensori con raffreddamento ad acqua opzionale per misurazioni stabili anche in condizioni operative difficili”.
Dal laboratorio al mondo reale
Il percorso dalla ricerca all’applicazione pratica sta accelerando rapidamente. I diamanti sintetici vengono coltivati in reattori specializzati presso l’istituto, dove atomi di carbonio vengono sostituiti con precisione da atomi di azoto. Attualmente si producono “wafer” di diamante ultrapuro: con le migliorie previste, il prossimo anno potrebbe segnare l’inizio della produzione su scala industriale.
L’interesse militare è evidente: Frequency Electronics ha ricevuto un contratto da Leidos per sviluppare magnetometri NV per navigazione in ambienti “GPS-denied”. Ma le applicazioni civili, quelle che personalmente preferisco, sono altrettanto promettenti.
Rilevamento geologico senza trivellazioni
Il magnetometro quantistico apre possibilità inedite per l’esplorazione geologica. Permette la localizzazione precisa e senza contatto di depositi minerari sotterranei, fornendo accesso a risorse preziose. Può anche rilevare ordigni inesplosi su vaste aree, riducendo significativamente i rischi per le persone nelle zone interessate.
I dati raccolti vengono convertiti in mappe magnetiche che mostrano la posizione di oggetti sospetti, fornendo informazioni su profondità, forma e dimensioni. Questo metodo consente un’esplorazione completa e non invasiva delle aree interessate, localizzando anche oggetti profondamente sepolti.
Magnetometro diamante, il futuro che ci riporterà a casa
Come vi raccontavamo in questo articolo, le tecnologie quantistiche stanno dimostrando applicazioni sempre più concrete. Il magnetometro diamante rappresenta un passo importante verso l’indipendenza dai satelliti, offrendo navigazione affidabile in qualsiasi condizione ambientale.
La prossima volta che perdete il segnale GPS, pensate ai diamanti imperfetti: presto potrebbero essere loro a guidarvi verso casa.
