Tvåmåls magnetisk anomalidetektion och igenkänning baserat på ett kretskortsnivå mikro fullintegrerat fluxgate-tensor för oexploderat sprängämne (UXO)-uppdrag

Att hitta dolda faror under marken

På tidigare slagfält och provområden kan oexploderade granater och bomber ligga gömda i årtionden och utgöra ett hot mot civila, byggnadsarbetare och miljön. Många av dessa föremål är gjorda av stål och stör jordens magnetfält på ett diskret sätt. Denna artikel beskriver en ny, fickvänlig magnetisk sensormatris som kan upptäcka och särskilja flera begravda metallföremål samtidigt, och banar väg för säkrare och mer effektiv borttagning av oexploderade sprängämnen (UXO) med bärbara och obemannade system.

En ny sorts magnetiska ”ögon”

Författarna bygger vidare på ett mätningsprincip som kallas magnetisk anomalidetektion: ferromagnetiska föremål böjer jordens magnetfält något, och känsliga instrument kan fånga upp dessa förvrängningar. Traditionella instrument är antingen skrymmande, ömtåliga, energikrävande eller lätt påverkade av bakgrundsbrus. Forskarna använder en teknik som kallas fluxgate-sensor, vilken erbjuder en praktisk balans mellan hög känslighet, robusthet och förmågan att fungera i rumstemperatur. De förminskar denna teknik med mikro-fabriceringsmetoder liknande dem som används för datorchip, så att många små sensorer kan packas tätt tillsammans i en enda kompakt modul som ändå mäter det tredimensionella magnetfältet.

Att bygga ett kompakt sensornät

I systemets kärna finns en millimeternivå magnetisk sensor byggd på ett glassubstrat. Varje chip innehåller en särskild metallkärna lindad med minikoilr som både exciterar och läser av det magnetiska svaret. Med tjockt fotomotstånd, flerskikts elektroplätering och isolerande polymerfilmer formar forskarna noggrant kontrollerade tredimensionella spolstrukturer med utmärkt enhetlighet chip till chip. Tre av dessa enkelriktade sensorer binds sedan ihop i räta vinklar i en U-formad ram för att skapa en triaxiell sensor som mäter magnetfältet längs alla tre axlar. Fyra sådana triaxiella enheter monteras i ett korsmönster på ett litet kretskort, med bara 20 millimeter mellan intilliggande enheter. Slutligen mäter den fullständiga enheten — en komplett ”magnetisk tensor”-matris — endast 86 x 80 x 16 millimeter och förbrukar mindre än en tiondels watt.

Se form genom magnetiska skuggor

Eftersom de fyra triaxiella sensorerna är ordnade i ett precist mönster kan enheten mäta inte bara det lokala magnetfältet utan också hur det förändras från punkt till punkt — den magnetiska gradienten, ”tensorn”. Denna rikare information fungerar som en skugga som kodar storlek och form hos begravda föremål och hjälper till att slå ut bakgrundsstörningar. Teamet validerar först grundprestandan hos tolv individuella chip och finner hög känslighet och extremt lågt brus. De går sedan utomhus till ett testområde på 1,2 meter i kvadrat där de placerar olika magneter i mitten och skannar området vid flera dussin punkter med matrisen upplyft 10 centimeter över marken. Från dessa mätningar återskapar de färgrika kartor över de magnetiska gradienterna och analyserar konturerna i anomalimönstren.

Att skilja två dolda objekt åt

I tester med ett mål jämför forskarna en olivformad magnet och en sfärisk magnet. Båda kan lokaliseras inom ungefär 15 centimeter från deras verkliga mittpositioner, men deras magnetiska ”fotavtryck” ser olika ut: den avlånga magneten ger ett utsträckt mönster, medan sfären framstår nästan rund. Teamet kvantifierar detta med ett längd-breddförhållande som i praktiken jämför de långa och korta dimensionerna i anomalikartan; den olivformade magneten ger ett högre förhållande än den nästan cirkulära sfären. Därefter testar de två ihåliga magneter samtidigt — en cylindrisk och en sfärisk — placerade sida vid sida. Trots att dessa magneter är relativt svaga visar tensorkartorna fortfarande två distinkta toppar och tydligt olika konturformer. Återigen ger det avlånga målet ett mer utdraget mönster än det sfäriska, vilket gör att systemet kan känna igen att två olika typer av föremål finns i samma område.

Vad detta betyder för säkrare markrensning

För en lekman är budskapet att detta miniaturiserade sensor-kort både kan hitta och särskilja flera begravda metallföremål genom att läsa upp subtila förvrängningar i jordens magnetfält, samtidigt som det är litet, lätt och energieffektivt. Det gör det mycket enklare att montera på drönare, små robotar eller handhållna verktyg än äldre magnetsystem. När författarna förfinar elektroniken för att samla data snabbare och i högre upplösning kan denna teknik avsevärt förbättra hastigheten, noggrannheten och tillförlitligheten i UXO-undersökningar, och bidra till att rensa tidigare konfliktzoner säkrare och till lägre kostnad.

Citering: 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

Nyckelord: detektion av oexploderade sprängladdningar, känslighet för magnetiska anomalier, fluxgate-sensormatris, MEMS-magnetometer, portabel UXO-undersökning