الكشف والتعرّف على الشذوذ المغناطيسي ذو الهدفين استنادًا إلى موشِّح فلُكسغيت متكامل ميكروي على مستوى اللوحة لمهام القنابل غير المنفجرة (UXO)

اكتشاف المخاطر المخفية تحت الأرض

عبر ساحات المعارك ومناطق الاختبار السابقة، قد تظل القذائف والقنابل غير المنفجرة مطمورة لعقود، مهددة المدنيين وعمال البناء والبيئة. العديد من هذه الأجسام مصنوعة من الفولاذ وتسبب تشويهات طفيفة في المجال المغناطيسي للأرض. تشرح هذه الورقة جهاز استشعار مغناطيسي جديد بحجم الجيب يمكنه اكتشاف وتمييز عدة أهداف معدنية مدفونة في آن واحد، ممهدًا الطريق لإزالة القنابل غير المنفجرة بأمان وكفاءة أكبر باستخدام أنظمة محمولة وغير مأهولة.

نوع جديد من «العيون» المغناطيسية

يعتمد الباحثون على مبدأ استشعار يسمى اكتشاف الشذوذ المغناطيسي: فالأجسام الفيرومغناطيسية تنحني قليلاً المجال المغناطيسي للأرض، ويمكن للأدوات الحسّاسة التقاط تلك التشوّهات. الأدوات التقليدية إما ضخمة، أو هشة، أو تستهلك طاقة عالية، أو تتأثر بسهولة بالضوضاء المحيطة. تستخدم الفريق تقنية تُعرف بحساس الفلُكسغيت، التي توفّر توازنًا عمليًا بين حساسية عالية، ومتانة، والقدرة على العمل في درجة حرارة الغرفة. قاموا بتصغير هذه التقنية عبر طرق تصنيع دقيقة شبيهة بتلك المستخدمة في شرائح الحواسيب، بحيث يمكن تجميع العديد من الحساسات الصغيرة معًا داخل وحدة مدمجة تقيس ما زالت المجال المغناطيسي ثلاثي الأبعاد بالكامل.

بناء شبكة حسّاسات مدمجة

في قلب النظام يوجد حساس مغناطيسي بحجم مليمترات مبني على رقاقة زجاجية. تحتوي كل رقاقة على قلب معدني خاص ملفوف بملفات صغيرة تُثير وتقرأ الاستجابة المغناطيسية. باستخدام مقاومة ضوئية سميكة، والغطس الكهربائي متعدد الطبقات، وأفلام بوليمر عازلة، يشكل الباحثون هياكل ملفات ثلاثية الأبعاد محكمة التحكم ذات تجانس ممتاز من رقاقة إلى أخرى. ثم تُرصّ ثلاثة من هذه الحساسات أحادية الاتجاه معًا بزاوية قائمة في إطار على شكل U لتكوين حساس ثلاثي المحاور يقيس المجال المغناطيسي على المحاور الثلاثة. تُركّب أربع وحدات ثلاثية المحاور على شكل صليب على لوحة دائرة صغيرة، مع مسافة لا تتجاوز 20 مليمتراً بين الوحدات المتجاورة. الجهاز النهائي—مصفوفة «موشِّح مغناطيسي» كاملة—أبعاده فقط 86 × 80 × 16 مليمتر ويستهلك أقل من عُشر واط.

رؤية الشكل عبر الظلال المغناطيسية

بما أن الحساسات الثلاثية المحاور الأربعة مرتبة بنمط دقيق، يستطيع الجهاز قياس ليس فقط المجال المغناطيسي المحلي ولكن أيضًا كيفية تغيره من نقطة إلى أخرى—أي «موشِّح» التدرج المغناطيسي. هذه المعلومات الأكثر ثراءً تعمل كظلّ يُشفّر حجم وشكل الأجسام المدفونة وتساعد في إلغاء تداخل الخلفية. يثبت الفريق أولاً الأداء الأساسي لاثنتي عشرة رقاقة فردية، ليجدوا حساسية عالية وضوضاء منخفضة للغاية. ثم ينتقلون إلى الخارج إلى منطقة اختبار مربعة بطول 1.2 متر، حيث يضعون مغناطيسات مختلفة في المركز ويمسحون المنطقة عند عشرات النقاط بالمصفوفة مرفوعة 10 سنتيمترات فوق سطح الأرض. من هذه القياسات يعيدون بناء خرائط ملونة لتدرجات المجال المغناطيسي ويحللون مخارج أنماط الشذوذ.

تمييز جسمين مخفيين عن بعضهما

في اختبارات الهدف الفردي، يقارن الباحثون مغناطيسًا على شكل زيتونة ومغناطيسًا كرويًا. كلاهما يمكن تحديد موقعه بدقة تقارب 15 سنتيمترًا من مركزه الحقيقي، لكن «بصماتهما» المغناطيسية تبدو مختلفة: المغناطيس الممدود ينتج نمطًا مموّحًا، بينما يظهر الكروي شبه دائري. يكمّل الفريق هذا بقياس نسبة الأبعاد، التي تقارن بشكل فعّال البُعد الطويل بالقصير لخريطة الشذوذ؛ ينتج عن المغناطيس على شكل زيتونة نسبة أبعاد أعلى من الكرة الشبه دائرية. بعد ذلك، يختبرون مغناطيسين مجوّفين في وقت واحد—واحد أسطواني وآخر كروي—موضوعة جنبًا إلى جنب. على الرغم من أن هذه المغناطيسات ضعيفة نسبيًا، تُظهر خرائط الموشِّح قمتيْن مميزتيْن وأشكال محيطية مختلفة بوضوح. مرة أخرى، يعطي الهدف الممدود نمطًا أكثر استطالة من الهدف الكروي، مما يسمح للنظام بالتعرّف على وجود نوعين مختلفين من الأجسام في نفس المنطقة.

ماذا يعني هذا لتطهير الأراضي بأمان أكبر

للقارئ غير المتخصص، الرسالة الأساسية هي أن لوحة الحساس المصغرة هذه قادرة على العثور والتمييز بين عدة أجسام معدنية مدفونة عن طريق قراءة التشوّهات الطفيفة في المجال المغناطيسي للأرض، وكل ذلك وهي صغيرة وخفيفة وموفرة للطاقة. هذا يجعل تركيبها على الطائرات المسيرة والروبوتات الصغيرة أو الأدوات المحمولة أسهل بكثير من الأنظمة المغناطيسية القديمة. مع تحسين المؤلفين للإلكترونيات لجمع بيانات أسرع وبوضوح أعلى، قد تُحسّن هذه التقنية بشكل كبير سرعة ودقة وموثوقية مسوحات UXO، مما يساعد على تطهير مناطق الصراعات السابقة بأمان أكبر وتكلفة أقل.

الاستشهاد: Pu, Z., Fang, D., Dai, Y. et al. Dual-target magnetic anomaly detection and recognition based on a board-level micro fully integrated fluxgate tensor for unexploded ordnance (UXO) mission. Microsyst Nanoeng 12, 119 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01227-y

الكلمات المفتاحية: كشف القنابل غير المنفجرة, استشعار الشذوذ المغناطيسي, مصفوفة حسّاسات فلُكسغيت, مقياس مغناطيسي MEMS, مسح UXO المحمول