Detectie en herkenning van magnetische anomalieën met dubbele doelen gebaseerd op een volwaardig micro-geïntegreerd fluxgate-tensor op bordniveau voor onontplofte munitie (UXO)-missies

Verborgen gevaren onder de grond opsporen

Op voormalige slagvelden en testterreinen kunnen ongeëxplodeerde granaten en bommen decennialang verborgen liggen en een bedreiging vormen voor burgers, bouwvakkers en het milieu. Veel van deze objecten zijn van staal en verstoren het aardmagnetisch veld op subtiele wijze. Dit artikel beschrijft een nieuwe, zakformaat magnetische sensorarray die meerdere begraven metalen doelen tegelijk kan detecteren en van elkaar kan onderscheiden, en zo de weg vrijmaakt voor veiliger en efficiënter verwijderen van onontplofte munitie (UXO) met draagbare en onbemande systemen.

Een nieuw soort magnetische "ogen"

De auteurs bouwen voort op een meetprincipe dat magnetic anomaly detection heet: ferromagnetische objecten buigen het aardmagnetisch veld licht af en gevoelige instrumenten kunnen die vervormingen opvangen. Traditionele instrumenten zijn vaak bulky, kwetsbaar, energie-intensief of gevoelig voor achtergrondruis. Het team gebruikt een technologie die bekendstaat als de fluxgate-sensor, die een praktische balans biedt tussen hoge gevoeligheid, robuustheid en het vermogen om bij kamertemperatuur te werken. Ze verkleinen deze technologie met microfabricagemethoden vergelijkbaar met die voor computerchips, zodat veel kleine sensoren dicht op elkaar in één compact module kunnen worden gepakt die toch het volledige driedimensionale magnetische veld meet.

Een compact sensorraster bouwen

In het hart van het systeem bevindt zich een millimeterschaal magnetische sensor gebouwd op een glaschip. Elke chip bevat een speciale metalen kern omwikkeld met miniatuurspoelen die zowel stimuleren als de magnetische respons uitlezen. Met behulp van dikke fotoresist, meerlaagse elektroplating en isolerende polymeerfolies vormen de onderzoekers nauwkeurig beheerde driedimensionale spoelstructuren met uitstekende uniformiteit van chip tot chip. Drie van deze eendirectionele sensoren worden vervolgens in een U-vormig frame onder een rechte hoek aan elkaar gebonden om een triaxiale sensor te creëren die het magnetische veld langs alle drie de assen meet. Vier van zulke triaxiale units worden in kruisopstelling op een klein printplaatje gemonteerd, met slechts 20 millimeter tussen aangrenzende units. Het uiteindelijke apparaat — een volledige "magnetische tensor"-array — meet slechts 86 bij 80 bij 16 millimeter en verbruikt minder dan een tiende van een watt.

Vorm zien via magnetische schaduwen

Omdat de vier triaxiale sensoren in een nauwkeurig patroon zijn gerangschikt, kan het apparaat niet alleen het lokale magnetische veld meten maar ook hoe dat van punt tot punt verandert — de magnetische gradiënt "tensor." Deze rijkere informatie werkt als een schaduw die de grootte en vorm van begraven objecten codeert en helpt achtergrondinterferentie te onderdrukken. Het team valideert eerst de basale prestaties van twaalf individuele chips en vindt hoge gevoeligheid en extreem lage ruis. Daarna gaan ze naar buiten naar een testgebied van 1,2 bij 1,2 meter, plaatsen verschillende magneten in het midden en scannen het gebied op tientallen punten met de array 10 centimeter boven de grond. Uit deze metingen reconstrueren ze kleurrijke kaarten van de magnetische gradiënten en analyseren ze de contouren van de anomaliepatronen.

Twee verborgen objecten van elkaar onderscheiden

In tests met één doel vergelijken de onderzoekers een olijfvormige magneet en een sferische magneet. Beiden kunnen worden gelokaliseerd binnen ongeveer 15 centimeter van hun werkelijke middellocatie, maar hun magnetische "voetafdrukken" zien er verschillend uit: de langgerekte magneet geeft een uitgerekt patroon, terwijl de bol vrijwel rond lijkt. Het team kwantificeert dit met een aspectratio, waarbij effectief de lange en korte afmetingen van de anomaliekaart worden vergeleken; de olijfvormige magneet levert een hogere aspectratio op dan de bijna cirkelvormige bol. Vervolgens testen ze twee holle magneten tegelijk — één cilindrisch en één sferisch — naast elkaar geplaatst. Hoewel deze magneten relatief zwak zijn, tonen de tensorkaarten nog steeds twee duidelijke pieken en duidelijk verschillende contourvormen. Opnieuw produceert het langgerekte doel een meer uitgerekt patroon dan het sferische, waardoor het systeem kan herkennen dat twee verschillende soorten objecten in hetzelfde gebied aanwezig zijn.

Wat dit betekent voor veiliger landruiming

Voor een leek is de kernboodschap dat deze geminiaturiseerde sensorplaat zowel meerdere begraven metalen objecten kan vinden als van elkaar kan onderscheiden door subtiele vervormingen in het aardmagnetisch veld te meten, en dat alles terwijl het klein, licht en energiezuinig is. Dat maakt het veel eenvoudiger om het op drones, kleine robots of handgereedschap te monteren dan oudere magnetische systemen. Naarmate de auteurs de elektronica verfijnen om gegevens sneller en in hogere resolutie te verzamelen, kan deze technologie de snelheid, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van UXO-onderzoeken aanzienlijk verbeteren, waardoor voormalige conflictgebieden veiliger en tegen lagere kosten kunnen worden ontruimd.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: detectie van onontplofte munitie, detectie van magnetische anomalieën, fluxgate-sensorarray, MEMS-magnetometer, draagbaar UXO-onderzoek