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Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid y de IMDEA Materiales han desarrollado y patentado un sensor de terremotos que funciona sin baterías, ofrece gran sensibilidad, resiste condiciones adversas y permite visualizar las señales en cualquier dispositivo con internet. Está basado en el efecto triboeléctrico, el mismo que se produce al frotar un peine por el pelo.
Con la idea de mejorar los sistemas de vigilancia de terremotos y, por tanto, también la información a la población y a las autoridades competentes sobre riesgo sísmico, investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y de IMDEA Materiales han fabricado y ensayado un novedoso sensor sísmico basado en el efecto triboeléctrico.
Este efecto es un tipo de electrificación por contacto por la que ciertos materiales se cargan eléctricamente tras separarse de otro material. Frotar un plástico por la piel o el pelo, por ejemplo, puede generar triboelectricidad, que también aparece cuando se pegan las bolitas de corcho blanco o poliestireno a distintas superficies. Los nuevos sensores actúan como nanogeneradores de energía triboeléctrica (TENG, por sus siglas en inglés).
Los investigadores, liderados por José Sánchez del Río del Grupo de Investigación en Materiales Estructurales Avanzados y NanomaterialesUPM, ensayaron en el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) la relación de las medidas de vibración obtenidas con el sensor colocado sobre la superficie de una mesa de vibración, en comparación con las obtenidas por los sistemas microelectromecánicos (MEMS) utilizados normalmente en la red nacional de sensores sísmicos del Instituto Geográfico Nacional (IGN), con el que también han colaborado.
a) Principio de funcionamiento de un nanogenerador de energía triboeléctrica (TENG) y sensor sísmico. b) Señales generadas por vibración. c) Los TENG y MEMS en la mesa de CEDEX. / UPM
Los resultados, publicados enen la revista 'Nano Energy', mostraron una gran similitud entre ambas señales, lo que demuestra la utilidad del nuevo dispositivo. También revelaron 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.
Dispositivo patentado
El nuevo sensor sísmico, que ya se ha patentado, 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).
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 tienen alta sensibilidad: son capaces de detectar vibraciones de muy poca amplitud y alta frecuencia.
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 el 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".
Referencia:
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', 2022