用于移动假肢的量子传感器
为了控制假肢，必须检测到人体信号才能移动假肢。目前，植入电极是最常用的技术，但这种方法具有侵入性，而且电极可能会老化或移动位置。现在，德国斯图加特的多学科联盟 QHMI 开发出了一种完全不同的方法，利用量子传感器来检测极其微小和快速的神经信号。超灵敏量子磁强计将被携带到体外，通过皮肤测量神经信号。现阶段，科学家们正在使用光谱仪器公司（Spectrum Instrumentation）的超快数字化仪（M5i.3357）和任意波形发生器（M4x.6631）来鉴定信号，并最终设计所需的专用集成电路（ASIC）和光子集成电路（PIC）。
皮肤上的量子传感器取代体内的电极--移动假肢的新目标
斯图加特大学的延斯-安德斯（Jens Anders）博士教授是 “Cluster4Future QSens ”项目的负责人，也是QHMI联盟的主要科学家，他解释说："这是量子传感器探针在现实世界中的首次应用之一，因为没有其他方法可以非侵入性地探测到如此微小的磁场变化。我们的测试表明，我们的传感器非常灵敏，可以通过皮肤探测到肌肉的神经信号。原则上，即使是剩余的少量肌肉，例如下臂肌肉，也可以用于此目的。我们正在努力提高灵敏度，以测量我们需要测量的飞特斯拉磁场变化，从而在不破坏皮肤的情况下检测大脑内部的信号。
带有定制集成电路和量子传感器的测试电路板
斯图加特大学马克斯-科瓦连科版权所有
这项技术的核心是一个光学检测磁共振（ODMR）装置，由一小片钻石制成。金刚石中掺入了所谓的氮空位中心（NV 中心），这种中心具有净电子自旋，因此表现得像微小的条形磁铁。当绿色激光照射它们时，它们会产生红色荧光信号。通过施加适当的微波磁场，这种荧光信号对外部磁场非常敏感，可用于最精确地测量神经信号。
用显微镜检查测试 PCB 上的 ASIC
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控制 NV 中心自旋所需的微波磁场由微波发射器驱动的合适线圈产生。发射器的基带信号由任意波形发生器（AWG）产生，以提供所需的载波信号相位和振幅调制，从而使激发信号对实验中的非理想状态更加稳定。由此产生的荧光信号携带神经磁场的信息，然后由光电二极管捕获、放大、过滤和数字化，以进行高级信号处理。
量子传感器探头目前只有火柴盒大小，将来会缩小到一立方厘米左右，并连接到一个控制盒，控制盒的大小与容纳处理电子设备和电池的大火柴盒差不多。我们的目标是利用微电子和光子集成技术进一步缩小控制盒，并延长电池寿命，使其在充电前可使用一天。假肢有望在三到四年内开始投入使用。
数字化仪旗舰产品 M5i.3357，采样率为 10 GS/s，分辨率为 12 位；畅销产品 AWG M4i.6631，输出率为 1.25 GS/s，分辨率为 16 位。
团队选择仕必纯的显卡有几个原因。首先，它们具有极高的动态范围和良好的噪声性能，这对于如此微小的信号至关重要。其次，它们的速度非常快，因此可以捕捉与先进的脉冲激励方案相关的快速信号，这可能需要超过 100 MHz 的带宽。第三，就性能/价格而言，它们物超所值。最后，五年的保修期让人放心，因为研究的关键部件可以使用五年，而要想获得资金更换故障设备几乎是不可能的。
关于光谱仪器公司
仕必纯仪器公司（Spectrum Instrumentation）成立于 1989 年，采用独特的模块化理念，设计并生产了 200 多种数字转换器和信号发生器产品，包括 PC 卡（PCIe 和 PXIe）和独立以太网单元（LXI）。30 多年来，仕必纯的客户遍布世界各地，其中包括许多 A 级行业领先企业和几乎所有著名大学。公司总部位于德国汉堡附近，以其 5 年质保和直接来自设计工程师的出色支持而闻名。有关仕必纯的更多信息，请访问 www.spectrum-instrumentation.com。
