Los sensores integrados que digitalizan las interacciones físicas son vitales en la vida cotidiana. Desde la experiencia personalizada del usuario hasta la gestión de inventarios de almacén, la información basada en datos está impulsando la demanda de sensores más inteligentes, y en gran cantidad.

Algunos creen que la impresión de sensores es la clave para satisfacer esta demanda. Con los métodos de impresión establecidos, se pueden fabricar sensores capaces de medir la presión, la fuerza, el tacto, la luz, el gas, la temperatura, etc., en grandes superficies y en grandes volúmenes.

Aunque los sensores impresos han tenido dificultades históricas para competir con las soluciones de detección convencionales sólo por su coste, las tornas están cambiando. La digitalización masiva exige una integración digital mayor y sin fisuras, y los sensores impresos de gran superficie están en condiciones de impulsar la próxima generación de soluciones de detección inteligentes.

Tecnología de sensores flexibles e impresos de gran superficie. Fuente: IDTechEx

Gran superficie: La impresión de sensores es la clave de la detección de grandes áreas

La digitalización masiva hará que se recojan datos en más superficies, y los sensores de gran superficie representan naturalmente una solución para satisfacer esta necesidad. Los sensores de gran superficie que cartografían las interacciones de las superficies ofrecen más información espacial y una mayor granularidad de los datos que los sensores de un solo punto. Para obtener sensores de área suficientemente grande, se hace necesaria la impresión, que ofrece una producción en dimensiones mucho mayores de lo que permiten los procesos de fabricación sustractivos.

Los sensores impresos de gran superficie están experimentando un crecimiento sostenido en las aplicaciones de electrónica de consumo para cartografiar las interacciones superficiales. Los principales fabricantes de PC han empezado a emplear sensores de fuerza impresos de gran superficie en los trackpads de los portátiles, ofreciendo una funcionalidad táctil dinámica en 3D para mejorar la experiencia de la interfaz de usuario. Los fotodetectores impresos están apareciendo en las pantallas OLED para proporcionar autenticación multitáctil de huellas dactilares con un impacto mínimo en el grosor total del dispositivo. La autenticación multitáctil con fotodetectores impresos promete hasta 700 millones de veces más seguridad que los métodos actuales de un solo dedo.

Posibilidades de detección de grandes áreas mediante sensores impresos y flexibles basados en fotodetectores orgánicos (OPD), fotodetectores de perovskita (PPD) y puntos cuánticos (QD). Fuente: IDTechEx

No es de extrañar que los teléfonos inteligentes y los ordenadores portátiles representen importantes vías de acceso al mercado para los sensores impresos. Estos dispositivos contienen interfaces de usuario de gran superficie que se benefician fácilmente de la funcionalidad añadida que ofrecen los sensores impresos. Y lo que es más importante, los rápidos plazos de desarrollo y la naturaleza a medida de los requisitos de detección de la electrónica de consumo complementan las capacidades de los proveedores de tecnología de sensores impresos, que son idóneos para codesarrollar soluciones de detección personalizadas.

Multifuncionalidad: los sensores impresos ofrecen una funcionalidad híbrida en un formato compacto

En muchas aplicaciones de detección es necesario medir más de una métrica a la vez. Por ejemplo, en los trackpads táctiles 3D de los portátiles, la detección táctil de alta precisión debe ir acompañada del reconocimiento de la fuerza de entrada. La impresión de sensores en forma de láminas permite apilar y combinar diferentes capas sensoras con un impacto mínimo en el factor de forma o el peso. Por tanto, los sensores impresos ofrecen una forma relativamente sencilla de integrar la detección multifuncional en los productos existentes.

El interés del sector del automóvil está impulsando las oportunidades de crecimiento de los sensores impresos multifuncionales en aplicaciones como la gestión térmica de las baterías de los vehículos eléctricos. Los sensores de temperatura impresos híbridos pueden detectar puntos calientes en las celdas, mientras que las capas sensoras de presión controlan la hinchazón de la batería, indicativa de fallo de la celda. Además, los sensores impresos complementados con capas calefactoras impresas proporcionan los medios adicionales para abordar estas mediciones, ofreciendo una solución completa de gestión térmica activa. Las optimizaciones de despliegue, carga y descarga aumentan la capacidad de la batería y prolongan su vida útil, lo que podría suponer un ahorro de hasta 3.000 dólares por vehículo.

Tecnología de sensores impresos multifuncionales para la supervisión activa del estado de las baterías y la gestión térmica. Fuente: IDTechEx

El sector de la automoción está inmerso en un periodo de redefinición tecnológica sostenida, con las metatendencias de electrificación y autonomía moldeando el futuro de la movilidad. También están evolucionando los requisitos de los sensores de automoción, lo que genera oportunidades de crecimiento de los sensores impresos para permitir soluciones tecnológicas multifuncionales. Si se cumplen los umbrales clave de coste, peso y eficiencia energética, los sensores impresos tienen el potencial de definir los futuros requisitos de detección de los vehículos eléctricos antes de que la química de las baterías y la convergencia del diseño inviten a soluciones más estandarizadas.

Flexibilidad: Equilibrio entre forma y función con sensores flexibles

Los sensores y detectores rígidos no suelen ser adecuados para aplicaciones que requieren una detección conforme en superficies no planas, como las imágenes médicas por rayos X, en las que lo ideal es que los detectores se adapten a las extremidades. La impresión de sensores en sustratos flexibles, como PET, poliuretano o poliimida, ofrece una solución que los sensores no impresos no pueden reproducir. La variedad de propiedades elásticas, térmicas e incluso biodegradables disponibles significa que las soluciones de detección son altamente personalizables y se adaptan fácilmente a las aplicaciones de uso final.

Las nuevas oportunidades de crecimiento para los fotodetectores flexibles se dirigen a desplazar a las tecnologías de detección ya existentes, que se beneficiarían claramente de una mayor flexibilidad y de la medición no plana. Un ejemplo de ello son los fotodetectores de gran superficie para imágenes de rayos X. Los sensores de rayos X flexibles que se adaptan al cuerpo pueden mejorar el diagnóstico médico, mientras que en las aplicaciones industriales, la capacidad de obtener imágenes en espacios reducidos promete pruebas de componentes no destructivas más eficaces y rápidas.

La flexibilidad sólo es deseable en un puñado de aplicaciones de fotodetección, y las perspectivas más prometedoras residen en las tecnologías de sensores impresos, como la detección de fuerza, deformación y temperatura. Sin embargo, algunos fotodetectores flexibles muestran el raro potencial de competir en coste con las soluciones de detección de imágenes existentes, por ejemplo, en la detección de rayos X y SWIR. Sin embargo, las perspectivas de crecimiento de los fotodetectores impresos que desplacen a los sensores de imagen actuales dependerán de que se superen unos criterios de rendimiento pronunciados y bien definidos.

Conclusiones y perspectivas

Hasta ahora, la incapacidad de los sensores impresos para alcanzar umbrales críticos de coste, rendimiento, tamaño y fiabilidad impedía su penetración en mercados de productos clave. Pero con la digitalización masiva que impulsa la necesidad de captar datos en cada vez más superficies, la detección de grandes áreas se está convirtiendo rápidamente en el diferencial de mercado de mayor valor para la tecnología de sensores impresos.

La saturación de los mercados de productos de electrónica de consumo está impulsando el interés por sensores de gran superficie que ofrezcan nuevas funciones innovadoras, y los proveedores de tecnología de sensores impresos están bien posicionados para seguir el ritmo de los rápidos ciclos de desarrollo. Los sensores impresos multifuncionales y flexibles también son cada vez más deseables en los sectores de la medicina y los vehículos eléctricos. Aunque los sensores convencionales pueden lograr individualmente detección de gran superficie, multifuncionalidad y factores de forma flexibles, la forma más eficiente de combinar los tres es con sensores impresos.

De cara al futuro, IDTechEx predice que el mercado de sensores impresos alcanzará los 960 millones de dólares en 2034. El crecimiento previsto estará impulsado por las nuevas oportunidades que ofrecen los sensores flexibles multifuncionales y de gran superficie en aplicaciones como la gestión de la salud de las baterías, la autenticación biométrica en pantallas flexibles e incluso la obtención de imágenes médicas e industriales mediante rayos X flexibles.

Author: Dr Jack Howley, Technology Analyst at IDTechEx