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
Tim ilmuwan dari Adelaide University memperkenalkan strategi berbeda untuk memperbaiki performa sensor kuantum yang berbasis rangkaian superkonduktor. Penelitian tersebut dikembangkan oleh Quantum and Nano Technology Group atau QuaNTeG, dengan tujuan penting mengatasi tantangan desain pada perangkat Superconducting Quantum Interference Device atau SQUID. Sistem pendeteksi tersebut menawarkan kemampuan dalam mengukur perubahan medan magnet yang sangat kecil. Karakteristik tersebut membuatnya komponen penting dalam berbagai penelitian ilmiah, termasuk sistem pencitraan otak yang mengandalkan tingkat sensitivitas yang presisi untuk mendeteksi sinyal biologis.
Pengembangan yang dilakukan tim Adelaide dipimpin oleh Associate Professor Giuseppe Tettamanzi dari School of Chemical Engineering Adelaide University. Pada pengembangan teknologi tersebut, tim bekerja bersama mahasiswa doktoral Ross Monaghan dan Jonathan Marenkovic. Hasil penelitian yang dilaporkan dalam jurnal Physical Review Applied tersebut menawarkan pendekatan alternatif bagi perancang sensor. Berbeda dengan rancangan sebelumnya yang mengandalkan banyak struktur dengan ukuran berbeda, desain baru ini menerapkan susunan komponen yang lebih sederhana. Perubahan ini membuka kesempatan memperbaiki kinerja sensor tanpa mengurangi secara sengaja sensitivitas pengukurannya.
Memahami Prinsip Sensor Kuantum untuk Pencitraan Otak
Instrumen pengukuran kuantum bekerja dengan prinsip fisika kuantum untuk mendeteksi perubahan lingkungan yang memiliki intensitas amat rendah. Dalam bidang neurologi, kemampuan tersebut menjadi sangat penting karena aktivitas listrik sel saraf menimbulkan medan magnet yang sangat lemah. Teknik pemeriksaan yang menggunakan pengukuran medan magnet otak adalah magnetoensefalografi atau MEG. Teknik tersebut memungkinkan ilmuwan untuk mengamati aktivitas saraf berdasarkan perubahan medan magnet. Memiliki prinsip berbeda dibandingkan pencitraan yang berfokus pada struktur anatomi, MEG memberikan informasi mengenai waktu terjadinya aktivitas saraf dengan kemampuan pengamatan waktu yang rinci.
Dalam sistem pengukuran tersebut, SQUID mengandalkan sifat material superkonduktor yang mempertahankan karakteristiknya pada kondisi suhu ekstrem rendah. Komponen penting dalam banyak rancangan SQUID adalah Josephson junction, yaitu struktur penghubung yang memungkinkan munculnya efek kuantum pada rangkaian. Berkat karakteristik tersebut, perubahan fluks magnetik yang amat halus dapat diterjemahkan menjadi sinyal yang dapat diukur. Meskipun begitu, 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 mengurangi keunggulan sensitivitas sensor.
Inovasi Bare Loops untuk Meningkatkan Sensitivitas Sensor
Keunggulan utama dari inovasi sensor tersebut adalah penerapan struktur yang disebut bare loops. Komponen tersebut merupakan loop superkonduktor yang tidak memiliki Josephson junction. Dalam pendekatan sebelumnya, pengembang sering memanfaatkan banyak loop dengan dimensi tidak seragam untuk mengatasi kesulitan menentukan medan magnet absolut. Walaupun rancangan itu dapat bekerja, kompleksitas rangkaian berpotensi mengurangi sensitivitas perangkat. Sebaliknya, para peneliti menyusun loop dengan ukuran sama, kemudian mengubah beberapa bagian menjadi bare loops untuk menciptakan respons magnetik yang lebih sesuai.
Metode inovatif ini menghasilkan fenomena yang dinamai synthetic area spread. Secara sederhana, fenomena ini menyebabkan rangkaian dengan loop berukuran sama memberikan respons seolah-olah mengandung banyak loop dengan luas berbeda. Hasil pengaturan rangkaian tersebut dihasilkan oleh perubahan cara sinyal magnetik berinteraksi di dalam jaringan superkonduktor. Dengan demikian, kebutuhan menggunakan loop dengan dimensi beragam tidak lagi menjadi keharusan. Penemuan tersebut membuka peluang memperbaiki proses perancangan perangkat sekaligus mempertahankan kondisi yang dibutuhkan untuk mencapai sensitivitas mendekati batas kemampuan sensor.
Manfaat Pengembangan Sensor Kuantum untuk Teknologi Medis
Peningkatan teknologi pengukuran kuantum memberikan prospek bagi pengembangan diagnostik medis yang memerlukan pengukuran sinyal berintensitas rendah. Dalam konteks pencitraan otak, peningkatan kualitas detektor dapat mendukung sistem pengukuran mengenali perubahan medan magnet dengan ketelitian lebih tinggi. Data yang dihasilkan dapat berguna untuk memahami bagaimana jaringan saraf berkomunikasi selama aktivitas tertentu. Sebagai contoh, pengukuran magnetik otak berpotensi dimanfaatkan untuk meneliti respons otak terhadap rangsangan. Walaupun prospeknya menjanjikan, penelitian Adelaide belum memberikan bukti bahwa rancangan baru ini sudah menghasilkan manfaat klinis langsung.
Tidak terbatas pada pemantauan aktivitas saraf, sensor superkonduktor yang memiliki kinerja lebih baik dapat dikembangkan untuk berbagai kebutuhan pengukuran elektromagnetik. Bidang pemanfaatannya mencakup perangkat radiofrekuensi, sistem komunikasi dengan gangguan rendah, dan instrumen penelitian fisika. Dalam lingkungan medis, kualitas pengukuran menjadi faktor penting karena sinyal biologis pada banyak kondisi mudah tertutup gangguan. Namun demikian, 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 tetap harus diperhatikan sebelum teknologi menjadi bagian dari sistem klinis.
Validasi Teknologi dan Hambatan Menuju Penerapan Nyata
Guna membuktikan pendekatan yang diusulkan, tim Adelaide tidak berhenti pada analisis teori dengan validasi menggunakan perangkat fisik. Tim pengembang menyiapkan rangkaian superkonduktor yang disusun sesuai kebutuhan penelitian, kemudian melakukan pengamatan pada suhu yang sesuai untuk operasi superkonduktor. Pengamatan laboratorium memperlihatkan bahwa perangkat menunjukkan karakteristik yang cocok dengan prediksi teori. Kesesuaian tersebut memberikan dukungan kuat bahwa pengaturan bare loops dapat menghasilkan synthetic area spread. Kendati percobaan menunjukkan kesesuaian, penelitian ini belum melewati seluruh tahapan pengembangan sebelum produk komersial tersedia.
Tantangan berikutnya adalah meningkatkan performa sensor dan mengevaluasi kesesuaiannya untuk perangkat operasional. Dalam proses tersebut, para pengembang diharapkan mengevaluasi stabilitas perangkat, kebutuhan pendinginan, karakteristik gangguan, serta potensi penggabungan dengan sistem elektronik lainnya. Salah satu keuntungan rancangan baru adalah kemungkinan mengurangi kerumitan proses fabrikasi karena tidak mengharuskan pembuatan banyak loop dengan ukuran yang berbeda. Namun, penyederhanaan desain tidak langsung membuktikan bahwa biaya produksi massal akan langsung turun. Pendekatan yang dikembangkan juga sedang dicakup dalam permohonan paten internasional, sementara studi lanjutan masih berlangsung untuk memperluas pemanfaatan perangkat.
Kesimpulan: Masa Depan Sensor Kuantum dalam Pencitraan Otak
Penemuan peneliti Adelaide memberikan gambaran bahwa penyesuaian struktur rangkaian dapat membuka peluang peningkatan teknologi sensor kuantum. Melalui penggunaan bare loops dan fenomena synthetic area spread, para ilmuwan menawarkan solusi terhadap persoalan desain sebelumnya pada perangkat SQUID. Hasil penelitian tersebut membuka kemungkinan untuk mendorong perkembangan TEKNOLOGI pencitraan otak, pengukuran elektromagnetik, dan perangkat komunikasi sensitif. Walaupun menjanjikan, pengujian tambahan dan pengembangan sistem harus dilakukan sebelum manfaatnya dapat dirasakan dalam penggunaan klinis. Dari sudut pandang Anda, apakah sensor kuantum dapat berkembang menjadi salah satu teknologi penting dalam pemeriksaan otak masa depan? Sampaikan pendapat Anda mengenai peluang inovasi tersebut.
