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(noticias nanowerk) Los sensores que monitorean infraestructuras como puentes o edificios o que se utilizan en dispositivos médicos como prótesis para personas sordas requieren un suministro de energía constante. La energía para ello suele proceder de las baterías, que se reemplazan en cuanto se agotan. Esto crea un enorme problema de residuos. Un estudio de la UE predice que 78 millones de baterías acabarán en la basura cada día de aquí a 2025.
Un nuevo tipo de sensor mecánico desarrollado por investigadores dirigidos por Marc Serra-García y el profesor de geofísica de ETH Johan Robertsson ahora podría proporcionar una solución. Los inventores ya solicitaron una patente para su invención y ahora han presentado el principio en la revista especializada. Materiales funcionales avanzados (“Clasificación del habla pasiva interna del sensor con metamateriales fonónicos”).
![Sensor de sonido metamaterial](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64532_1.jpg)
Las tesis centrales
Ciertas ondas sonoras hacen que el sensor vibre.
“El sensor funciona de forma puramente mecánica y no requiere ninguna fuente de energía externa. Simplemente utiliza la energía vibratoria contenida en las ondas sonoras”, afirma Robertsson.
Cada vez que se pronuncia una determinada palabra o se produce un determinado tono o ruido, las ondas sonoras emitidas -y sólo éstas- hacen que el sensor vibre. Esta energía es entonces suficiente para generar un pequeño impulso eléctrico que enciende un dispositivo electrónico que ha sido apagado.
El prototipo que los investigadores desarrollaron en el laboratorio de Robertsson en el Swiss Innovation Park Zurich en Dübendorf ya ha sido patentado. Puede distinguir entre las palabras habladas «tres» y «cuatro». Debido a que la palabra «cuatro» tiene más energía sonora resonando con el sensor en comparación con la palabra «tres», hace que el sensor vibre, mientras que «tres» no. Esto significa que la palabra “cuatro” podría encender un dispositivo o desencadenar otros procesos. Con “tres” no pasaría nada.
Las variantes más nuevas del sensor deberían poder distinguir hasta doce palabras diferentes, como comandos de máquina estándar como «Encendido», «Apagado», «Arriba» y «Abajo». En comparación con el prototipo del tamaño de la palma de la mano, las nuevas versiones también son significativamente más pequeñas (aproximadamente del tamaño de una miniatura) y los investigadores apuntan a una mayor miniaturización.
Metamaterial sin sustancias problemáticas
El sensor es un llamado metamaterial: no es el material utilizado el que confiere al sensor sus propiedades especiales, sino más bien la estructura. «Nuestro sensor está fabricado íntegramente de silicona y no contiene metales pesados tóxicos ni tierras raras, como ocurre con los sensores electrónicos convencionales», afirma Serra-García.
El sensor consta de docenas de placas idénticas o de construcción similar que están conectadas entre sí mediante pequeñas varillas. Estas bielas actúan como resortes. Utilizando modelos y algoritmos informáticos, los investigadores desarrollaron el diseño específico de estas placas microestructuradas y descubrieron cómo unirlas entre sí. Son los resortes los que determinan si una fuente de sonido particular pone en movimiento el sensor o no.
Monitoreo de infraestructura
Los posibles casos de uso para estos sensores sin batería incluyen el monitoreo de terremotos o de edificios. Por ejemplo, podrían detectar cuándo aparece una grieta en un edificio que tenga el sonido o la energía de las ondas adecuados.
También hay interés en sensores sin baterías para monitorear pozos petroleros abandonados. Las fugas en los pozos pueden liberar gas y producir un silbido característico. Un sensor mecánico de este tipo podría detectar este silbido y activar una alarma sin consumir energía constantemente, lo que lo hace mucho más rentable y requiere poco mantenimiento.
Sensor para implantes médicos
Serra-García también ve aplicaciones en dispositivos médicos como los implantes cocleares. Estas prótesis para sordos requieren una fuente de alimentación permanente para el procesamiento de señales mediante baterías. Su fuente de alimentación está detrás de la oreja, donde no hay espacio para baterías grandes. Esto significa que quienes usan estos dispositivos deben reemplazar las baterías cada doce horas. Los nuevos sensores también podrían usarse para medir continuamente la presión ocular. «No hay suficiente espacio en el ojo para un sensor con batería», afirma.
«También hay mucho interés en los sensores de energía cero en la industria», añade Serra-García. Ya no trabaja en ETH, sino en AMOLF, un instituto público de investigación de los Países Bajos, donde él y su equipo siguen desarrollando los sensores mecánicos. Su objetivo es lanzar al mercado un prototipo sólido para 2027. «Si para entonces no logramos generar interés, podríamos crear nuestra propia empresa».
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