Sensores

Sensor sísmico basado en el efecto triboeléctrico que funciona sin baterías y de muy bajo coste.

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En un trabajo publicado recientemente en la revista Nano Energy, un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y de IMDEA Materiales en colaboración con el Instituto Geográfico Nacional (IGN) y el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX)ꟷ han diseñado y ensayado un novedoso sensor sísmico basado en el efecto triboeléctrico. Los resultados obtenidos muestran que, dentro de una red sísmica, este sensor puede detectar con gran sensibilidad y precisión terremotos a miles de kilómetros de su epicentro.

Además de ser resistente en condiciones extremas, cada sensor puede comunicar la información de la actividad sísmica a grandes distancias, hasta a 20 kilómetros desde donde se encuentra en zonas interurbanas, y esta información también puede ser visualizada en cualquier dispositivo con internet. En definitiva, el nuevo sensor ꟷque ha sido patentadoꟷ puede utilizarse para detectar terremotos y avisar del peligro mediante un sistema muy barato, de muy bajo consumo y resistente a condiciones adversas.

Con la idea de mejorar los sistemas de vigilancia de terremotos y mejorar, por tanto, la información a la población y a las autoridades competentes del riesgo sísmico al que están sometidos en determinado momento y lugar, investigadores de la UPM y de IMDEA Materiales, expertos en el diseño de sensores, han fabricado y ensayado un novedoso sensor sísmico basado en el efecto triboeléctrico.

En concreto, en colaboración con el Servicio de Datos Sísmicos del IGN, los investigadores ꟷliderados por José Sánchez del Río, del Grupo de Investigación en Materiales Estructurales Avanzados y Nanomateriales de la UPMꟷ ensayaron en el CEDEX la relación de las medidas de vibración obtenidas con el nuevo sensor colocado sobre la superficie de una mesa triaxial de vibración, en comparación con las obtenidas por los sensores MEMS (del inglés microelectromechanical systems) utilizados normalmente en la red nacional de sensores sísmicos del IGN. Los resultados mostraron una gran similitud entre ambas señales, lo que demuestra la utilidad del nuevo sensor.

El nuevo sensor sísmico tiene como elementos principales transductores triboeléctricos. Estos transductores se fabrican en el laboratorio de IMDEA Materiales liderado por el investigador De-Yi Wang. Están formados por dos capas de material polimérico que, mediante diferentes tratamientos químicos, tienen electronegatividad opuesta. En el momento en que estas capas se ponen en contacto, se genera una potencia eléctrica de alto voltaje, sin necesidad de ninguna fuente externa. Este hecho hace que estos sensores se llamen también sensores (auto)nanogeneradores de energía triboeléctrica (TENGS, triboelectric nanogenerators).

a) Principio de funcionamiento del TENG y sensor sísmico. b) Señales generadas por vibración. c) TENGS y MEMS en la mesa de CEDEX. Fuente: UPM.

El sensor sísmico está compuesto también por una masa inercial que se posiciona sobre el transductor triboeléctrico permitiendo detectar la vibración en el eje Z del espacio. El departamento de Diseño Mecánico Industrial de ETS de Ingeniería y Diseño Industrial de la UPM (ETSIDI-UPM), liderado por Francisco Santos Olalla y Rafael Cascón Porres, es el encargado en la actualidad del diseño mecánico para detección 3D, junto con la estudiante Alba López Laguna. Además, los nuevos sensores sísmicos son capaces de detectar vibraciones de muy poca amplitud (5 mg) y alta frecuencia (300Hz). José Sánchez del Río, junto con David Patrizi y Álvaro Merodio, también estudiante de ETSIDI, comprobaron que las señales de vibración se podían transmitir a grandes distancias y además visualizarse en internet mediante Internet de las Cosas (IoT).

En resumen, y en opinión del investigador José Sánchez del Río: “este nuevo sensor sísmico puede utilizarse para detectar terremotos y avisar del peligro mediante un sistema muy barato, de muy bajo consumo y resistente a condiciones adversas. Los potenciales usuarios van desde las grandes corporaciones, pequeñas y medianas empresas o particulares interesados, así como los responsables de los sistemas nacionales de detección de terremotos.”

J. Sánchez del Río, A. Yusuf, Xiang Ao, I. Astarloa Olaizola, L. Urbelz López-Puertas,, MY. Ballesteros, R. Giannetti, V. Martínez, J.L. Jiménez, J.B. Bravo Monge, Xiaosui Chen, De-Yi Wang. High-resolution TENGS for earthquakes ground motion detection, Nano Energy, 102, November 2022. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107666

Este resultado ha sido protegido mediante patente en la Oficina Española de Patentes y Marcas: Un sistema de detección sísmico.
https://www.upm.es/recursosidi/offers-resources/patentes/un-sistema-de-deteccion-sismico/?_sf_s=sísmico&_sft_product_cat=patentes&sort_order=date desc

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