Ponorka se může akusticky maskovat, používat materiály pohlcující sonarové vlny a pohybovat se téměř bezhlučně. Existuje však jedna fyzikální vlastnost, kterou je mnohem obtížnější zamaskovat: magnetismus, který její obrovská kovová konstrukce vyzařuje při pohybu v zemském magnetickém poli.
Teoretický základ nového senzoru je starý téměř sto padesát let. V roce 1879 americký fyzik Edwin Hall objevil, že když elektrický proud protéká materiálem vystaveným kolmému magnetickému poli, náboje se odchýlí a vygenerují malý rozdíl napětí, který umožňuje toto pole změřit. Tento jev, známý jako Hallův jev, se dnes využívá v nesčetných zařízeních každodenního života: od elektromotorů a automobilových systémů až po snímače polohy v nejrůznějších elektronických přístrojích.
Klasický problém těchto senzorů je inženýrům dobře znám: čím více se snažíme zachytit slabé signály, tím více se do nich vkrádá šum. A pokud navíc zmenšíme velikost součástky, stává se izolace užitečného signálu ještě obtížnější. Právě tuto překážku překonal tým vedený výzkumníkem Kangem Wangem.
Menší než zrnko rýže, tenčí než zrnko prachu
Vědci z Ústavu fyzikálních věd v Hefei a z Ústavu technologie a inženýrství materiálů v Ningbo, oba spadající pod Čínskou akademii věd, zveřejnili výsledky svého výzkumu, v němž popisují miniaturizovaný Hallův senzor o rozměrech pouhých 20 × 20 mikrometrů, tedy dvacet miliontin metru na každou stranu, což odpovídá přibližně velikosti zrnka prachu. Oficiální tisková zpráva Akademie zdůrazňuje, že zařízení dokáže generovat minimální elektrický signál bez úměrného nárůstu šumu, který obvykle doprovází vyšší citlivost.
Odborníci z týmu tvrdí, že dosažená citlivost by stačila k zachycení magnetického signálu ponorky s ocelovým trupem nacházející se až v hloubce 500 metrů. Nejde o to, že by se kompas najednou zbláznil: rušení, které ponorka způsobuje, je mimořádně jemné a jeho odlišení od okolního magnetického šumu bylo dosud velkou technickou překážkou.
Magnetický sonar na zápěstí?
Představme si tuto scénu: někdo si klidně rybaří a jeho chytré hodinky zavibrují s nečekanou zprávou: „Zjištěna magnetická anomálie. Možná ponorka v hloubce 500 metrů.“ Zní to jako scénář k filmu, ale výsledky studie naznačují, že senzor, který se vejde do chytrých hodinek, již začíná vnímat magnetické signály této velikosti.
Je třeba upřesnit, že toto zařízení nepřeměňuje hodinky na sonar, tedy systém, který využívá podvodní akustické vlny k lokalizaci objektů. Otevírá však cestu k integraci vysoce citlivých magnetometrů do zařízení každodenní potřeby, jako jsou telefony, drony nebo chytré hodinky. Laboratorní magnetometr s podobnou citlivostí již existoval, ale zabíral mnohem více místa a nebylo možné ho nosit v kapse. Skutečná revoluce spočívá v tom, že se tuto schopnost podařilo zkomprimovat do mikroskopického měřítka.
Síla čísel
Existuje jeden aspekt, kterým se výzkum přímo nezabývá, ale který lze na základě fyzikálních zákonů předvídat. Pokud by několik těchto senzorů pracovalo v síti, výsledky by se výrazně zlepšily. Dvě chytré hodinky vybavené tímto senzorem by sice nezvýšily detekční dosah na dvojnásobek, ale deset takových hodinek by snížilo šum až pětkrát. A pokud by byly rozmístěny na různých místech, mohly by poskytnout ucelenější informace o poloze a vlastnostech detekovaného objektu.
Ponorka se bude i nadále moci skrývat před sonarem tím, že sníží svůj akustický šum, použije pohlcující materiály a navrhne tišší pohon. Skrýt však svou obrovskou ocelovou hmotu před zemským magnetismem je podle těchto vědců výzvou, pro kterou zatím neexistuje řešení.