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Un estudio publicado en la revista nano energía propuso usar TENG con una masa inercial en su superficie como detectores sísmicos autoalimentados (SEIS-TENG) para el monitoreo de terremotos. Los SEIS-TENG permitirían medir los temblores del suelo para evitar desastres causados por terremotos.
Estudio: TENGS de alta resolución para la detección del movimiento del suelo en terremotos. Crédito: Dudarev Mikhail/Shutterstock.com
¿Qué es el monitoreo de terremotos?
En su forma más simple, el seguimiento de terremotos es la recopilación de datos básicos de terremotos, incluida la ubicación, el momento en que ocurrió y la gravedad de las ondas sísmicas sostenidas. El monitoreo sísmico se enfoca no solo en terremotos grandes sino también en terremotos más pequeños con amplitudes vibratorias que los humanos no pueden percibir.
Los avances recientes en el monitoreo de terremotos se han producido en dos áreas principales: equipos sísmicos y métodos de procesamiento de datos resultantes de la expansión de la fabricación y la informática.
Diversas tecnologías de detección de terremotos
Se han instalado diferentes detectores de terremotos en diferentes redes alrededor del mundo. Los sismógrafos de banda ancha de alta sensibilidad y alto movimiento generalmente están equipados con sismómetros de velocidad de período corto, inclinómetros y acelerómetros que forman redes permanentes de monitoreo de terremotos.
Estos dispositivos, con sus sistemas de adquisición de datos (DAQ) y electrónica integrada, se colocan en el suelo en pequeñas habitaciones o edificios en áreas sísmicamente activas.
Enormes conjuntos N, sistemas acústicos distribuidos (DAS) y sistemas microelectromecánicos (MEMS) utilizan muchos sensores repartidos en muchos kilómetros.
El monitoreo de la fibra óptica es constante y se basa en la retrodispersión de la luz a medida que viaja por la fibra y encuentra defectos en el cristal o cambios térmicos.
Todos estos sensores sísmicos forman una gran red de dispositivos interconectados que se comunican vía Wi-Fi, GPS y GSM.
Limitaciones de los sensores sísmicos existentes
Desafortunadamente, estos sensores sísmicos tienen ciertas desventajas: los MEMS de teléfonos celulares no son ideales para detectar terremotos más pequeños, mientras que los MEMS de alta precisión son costosos y se saturan con movimientos fuertes.
DAS no es capaz de monitorear la actividad sísmica a distancias superiores a 100 kilómetros y sus redes de nodos no pueden monitorear eventos sísmicos más profundos.
Los sismómetros convencionales descuidan el movimiento de rotación y los sismómetros de alta resolución requieren equipos costosos y complejos.
Los sistemas de vigilancia de fibra óptica pueden abarcar distancias significativamente mayores que DAS y son efectivos para detectar terremotos mayores y moderados. Sin embargo, tienen una resolución espacial deficiente y no pueden localizar eventos sísmicos específicos de manera confiable.
Las redes sísmicas continuas de alta tecnología son costosas, con unidades de espaciamiento en el rango de subkilómetros. Las redes temporales altamente precisas y sensibles implican largos tiempos de transporte e instalación. Esto significa que podría perderse la actividad sísmica crucial posterior al choque.
Los sensores sísmicos innovadores integrados en forma de un sistema general que puede superar estas condiciones límite son, por lo tanto, el foco de la investigación sismológica actual.
¿Qué hicieron los investigadores?
Los TENG (nanogeneradores triboeléctricos) son muy sensibles al estrés mecánico. Además, tienen un excelente rendimiento de conversión mecánico-eléctrico, tamaño ajustable y bajo costo.
En este estudio, el equipo presentó los TENG como sensores sísmicos. El objetivo era detectar diferentes formas de ondas sísmicas y, finalmente, monitorear diferentes vibraciones del suelo.
Se examinaron seis tipos diferentes de TENG y se identificó y usó el TENG más receptivo en pruebas de prueba de principio posteriores.
Se generaron vibraciones artificiales con frecuencias de excitación sinusoidal de hasta 50 Hz con dispositivos de prueba de vibraciones hidráulico-mecánicos y electromecánicos.
CEDEX utilizó una mesa vibratoria de tres ejes para simular ocho terremotos diferentes. En los experimentos, todos los terremotos generados produjeron una combinación de frecuencias en las tres dimensiones del espacio.
Resultados del estudio
Se encontró que PVA10PPAPEI/PVDF y papel basado en TENG/PDMS tenían la sensibilidad más alta y más débil, respectivamente. Las señales de los TENG se transmitieron con éxito de forma inalámbrica utilizando protocolos de comunicación de largo alcance.
El TENG basado en papel/PDMS de bajo costo se utilizó para construir un sensor sísmico y su capacidad para monitorear las vibraciones del suelo se evaluó y comparó con los acelerómetros basados en MEMS, la tecnología más receptiva que se usa actualmente en las redes de monitoreo de terremotos.
El análisis de los datos de las señales registradas por los SEIS-TENG desarrollados y el acelerómetro GURALP permitió al equipo obtener parámetros relevantes para los estudios sismológicos, incluidos el desplazamiento, la aceleración y la velocidad. Esto se logró pasando las señales de dominio de frecuencia sin procesar a través de filtros de banda de paso alto y paso bajo.
Los resultados mostraron que los datos obtenidos de los SEIS-TENG y el acelerómetro GURALP eran consistentes entre sí.
En estos eventos sísmicos generados artificialmente, el acelerómetro GURALP y el SEIS-TENG detectaron un número comparable de terremotos.
Esta investigación demostró las perspectivas prácticas del uso de los TENG como detectores sísmicos confiables con un amplio rango de frecuencias operativas, la capacidad de monitorear eventos sísmicos tanto rápidos como lentos y, según la materia prima utilizada en el TENG, la capacidad de funcionar en circunstancias peligrosas.
Relación
del Río, JS, Yusuf, A. y otros. (2022). TENGS de alta resolución para detectar el movimiento del suelo durante los terremotos. nano energía. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522007443?via%3Dihub
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