זיהוי והכרה של אנומליות מגנטיות בעלות מטרה כפולה מבוססות על טנסור פלוקסגייט מיקרו משולב ברמת לוח למשימת מטען בלתי מתפוצץ (UXO)

איתור סכנות חבויות מתחת לאדמה

בשטחי קרב ובתחנות ניסוי לשעבר עשויים פגזים ופצצות בלתי מתפוצצים לשהות חבויים לעשרות שנים, ולסכן אזרחים, עובדי בניין והסביבה. רבים מהחפצים הללו עשויים פלדה ומעוותים בעדינות את השדה המגנטי של כדור הארץ. מאמר זה מתאר חיישן מגנטי חדש בגודל כיס שיכול לאתר ולהבחין בו־זמנית בין מספר מטרות מתכת קבורות, ובכך לאפשר הסרה בטוחה ויעילה יותר של מטענים בלתי מתפוצצים (UXO) באמצעות מערכות ניידות וללא טייס.

"עיניים" מגנטיות מסוג חדש

המחברים נשענים על עיקרון חישה הנקרא זיהוי אנומליות מגנטיות: חפצים פרמגנטיים מעקמים במעט את השדה המגנטי של כדור הארץ, וכלים רגישים יכולים לקלוט את העיוותים הללו. כלים מסורתיים הם לעתים קרובות מגושמים, עדינים, צורכי אנרגיה גבוהים או נוטים להפרעות מרעשי רקע. הצוות משתמש בטכנולוגיה הידועה כחיישן פלוקסגייט, המציעה איזון מעשי בין רגישות גבוהה, חוזק ויכולת לפעול בטמפרטורת החדר. הם מצמצמים טכנולוגיה זו באמצעות שיטות מיקרו־ייצור דומות לאלה שבהן משתמשים לשבבים ממוחשבים, כך שניתן לארוז חיישנים זעירים רבים קרוב זה לזה במודול קומפקטי אחד שעדיין מודד את השדה המגנטי התלת־ממדי במלואו.

בניית רשת חיישנים קומפקטית

בלב המערכת נמצא חיישן מגנטי בקנה מידה מילימטרי הבנוי על שבב זכוכית. כל שבב מכיל ליבה מתכתית מיוחדת המוקפת סלילים מיקרו שמאחראים גם לגירוי וגם לקריאת התגובה המגנטית. באמצעות רזיסט פוטו עבה, הצפת חשמל רב־שכבתית וסרטי פולימר מבודדים, החוקרים יוצרים מבני סלילים תלת־ממדיים מבוקרים בקפידה עם אחידות מצוינת משבב לשבב. שלושה מן החיישנים החד־כיווניים הללו מודבקים יחד בזוויות ישרות במסגרת בצורת U ליצירת חיישן תלת־צירי החוש את השדה המגנטי לאורך כל שלושת הצירים. ארבעה יחידות תלת־ציריות כאלה מותקנות בצורת צלב על לוח מעגל קטן, כאשר מרחק השכנה בין היחידות הוא רק 20 מילימטרים. המכשיר הסופי — מערך "טנסור מגנטי" מלא — מודד רק 86 על 80 על 16 מילימטרים וצורך פחות מעשירית וואט.

לראות צורה דרך צללים מגנטיים

מפני שהארבעה חיישנים התלת־ציריים מסודרים בתבנית מדויקת, המכשיר יכול למדוד לא רק את השדה המגנטי המקומי אלא גם כיצד הוא משתנה מנקודה לנקודה — "טנסור" הגרדיאנט המגנטי. מידע עשיר זה פועל כמו צל שמקודד את גודל וצורת החפצים הקבורים ועוזר לדכא הפרעות רקע. הצוות מאמת תחילה את הביצועים הבסיסיים של שנים־עשר שבבים בודדים, ומוצא רגישות גבוהה ורעש נמוך במיוחד. לאחר מכן הם עוברים החוצה לאזור ניסוי של מטר רבוע ו־1.2 מטר, שם מניחים מגנטים שונים במרכז וסורקים את השטח בנקודות רבות כאשר המערך מרומם 10 סנטימטר מעל הקרקע. מתוך המדידות הללו הם משחזרים מפות צבעוניות של הגרדיאנטים המגנטיים ומנתחים את קווי המתאר של דפוסי האנומליה.

להבחין בין שתי חפצים חבויים

בניסויים עם מטרה אחת השווים החוקרים בין מגנט בצורת זית לבין מגנט כדורי. שניהם ניתנים למיקום בתוך כ־15 סנטימטרים ממרכזם האמתי, אך "טביעות הרגל" המגנטיות שלהם נראות שונות: המגנט המוארך יוצר דפוס מתוח, בעוד שהכדור נראה כמעט עגול. הצוות כמותי זאת באמצעות יחס מימדים, המשווה באופן מהותי בין הממדים הארוכים והקצרים של מפת האנומליה; המגנט בצורת זית מניב יחס מימדים גבוה יותר מהכדור הקרוב לעיגול. לאחר מכן הם בודקים שני מגנטים חלולים בו־זמנית — אחד גלילי ואחד כדורי — המוצבים זה לצד זה. אף על פי שהמגנטים הללו חלשים יחסית, מפות הטנסור עדיין מגלות שני שיאים מובחנים וצורות קווי מתאר שונות בבירור. שוב, המטרה המוארכת יוצרת דפוס יותר מתוח מהכדור, מה שמאפשר למערכת לזהות כי נמצאים בשטח שני סוגי חפצים שונים.

מה משמעות הדבר לפינוי בטוח יותר של קרקעות

לציבור הרחב, המסר המרכזי הוא שחבילת חיישני הלוח הממוזערת הזו יכולה הן למצוא והן להבחין בין מספר חפצי מתכת קבורות על ידי קריאת עיוותים עדינים בשדה המגנטי של כדור הארץ, וכל זאת תוך שמירה על גודל קטן, משקל קל ויעילות אנרגטית. זה הופך את ההטמנה שלה על רחפנים, רובוטים קטנים או כלי יד קלים להרבה יותר פשוטה בהשוואה למערכות מגנטיות ישנות. ככל שהמחברים משפרים את האלקטרוניקה לאיסוף נתונים מהיר יותר וברזולוציה גבוהה יותר, טכנולוגיה זו עשויה לשפר באופן משמעותי את המהירות, הדיוק והאמינות של סקרי UXO, ובכך לסייע בפינוי אזורי עימות לשעבר בצורה בטוחה וזולה יותר.

ציטוט: 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

מילות מפתח: זיהוי מטען בלתי מתפוצץ, חישה של אנומליות מגנטיות, מערך חיישני פלוקסגייט, מגנומטר MEMS, סקר UXO נייד