Humedad, presión y temperatura: un solo sensor para unirlos todos

Cuando pilotamos un coche en un juego de carreras, todos los parámetros son previsibles: sabemos cómo reaccionará el vehículo en caso de impacto o la velocidad a la que nos saldremos de la curva. Sin embargo, cuando se trata de un coche autónomo, la complejidad se multiplica exponencialmente: peatones que salen de ninguna parte, vehículos con maniobras imprevistas, condiciones meteorológicas que cambian radicalmente la maniobrabilidad… Se trata del mundo real, con todo lo que tiene de caótico e inesperado. Por eso, en la creciente digitalización en la que nos hallamos inmersos, con un papel cada vez más destacado del Internet de las Cosas (IoT por sus siglas en inglés), uno de los eslabones débiles de la cadena es la medición de todas esas variables. El reto de la era digital está en crear sensores cada vez más sofisticados para que esa información sea fiable. Algunas de las variables más básicas en ese sentido son la temperatura, la humedad y la presión. Y eso es lo que los investigadores del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping han logrado medir con un innovador sensor. Sus aplicaciones abarcan campos muy dispares como la domótica, la robótica o la piel artificial.

El proceso que han seguido para desarrollar esta nueva tecnología es bastante complejo y se basa en el comportamiento de los electrones en un material. El elemento básico es un aerogel elástico basado en polímeros que tiene propiedades conductivas y termoeléctricas. Para lograr este nuevo material, han mezclado en agua nanofibras de celulosa con un polímero (PEDOT:PSS) conductivo y luego lo han liofilizado, esto es, secado por congelación. Por último, al aerogel resultante con estructura de esponja le han añadido polysilane para conferirle elasticidad.

Un dispositivo termoeléctrico crea un voltaje cuando hay una diferencia de temperatura entre los extremos que induce una corriente de electrones del lado frío al caliente, y por el contrario, cuando se le aplica un voltaje, crea una diferencia de temperatura. En nuestro caso, al aplicar a este material una corriente eléctrica la respuesta obtenida es lineal, es decir, la resistencia al paso de la electricidad aumenta conforme lo hace la temperatura. Sin embargo, cuando se le expone a presión, la resistencia disminuye y los electrones fluyen mejor a través de él. Esto viene a significar que las alteraciones en la corriente eléctrica se pueden interpretar como diferencias de presión.

Por otro lado, al tratarse de un material termoeléctrico, también permite saber si se ha producido un cambio en la temperatura. Cuanto mayor sea la diferencia entre ambos lados del material, mayor será el voltaje generado. De la misma manera, la humedad afecta a la velocidad con que se mueven los iones de un lado a otro. Así, cuanto menor sea la temperatura, más lento será su movimiento. Esta medición simultánea del comportamiento de electrones e iones es lo que le permite registrar las tres variables simultáneamente y, por tanto, disponer de un solo sensor inteligente para los tres parámetros.

Aplicaciones en el mundo real

El nuevo aerogel tiene una serie de ventajas manifiestas. Además de que permite prescindir de otros sensores, tiene un coste de producción más reducido que las soluciones actuales. Una de sus aplicaciones más inmediatas será en sistemas robóticos para el manejo de materiales frágiles y, de forma similar, en prótesis humanas. Además, este nuevo material podrá instalarse en paquetes con contenidos sensibles a la temperatura y la humedad, así como destinarse a su uso en hogares y en tejidos inteligentes.      

Fuente: Science Daily