Acelerómetro supersensible podría ser la respuesta para un mejor control de los drones

La tecnología de supercondensadores podría hacer que los pequeños acelerómetros fueran hasta 1 millón de veces más sensibles

Última Actualización en: marzo 21, 2018

Los acelerómetros están por todas partes. Probablemente tienes al menos una en tu persona ahora mismo. Pero los acelerómetros comunes y corrientes de hoy en día, los dispositivos MEMS que miden un cambio diminuto en la capacitancia, simplemente no son muy sensibles. Están construidos para encajar en relojes inteligentes y cosas más pequeñas, y ese tamaño pequeño dificulta lo bien que pueden sentir los cambios. Los ingenieros de Florida han presentado ahora una nueva versión del acelerómetro que es hasta un millón de veces más sensible que el típico acelerómetro de un smartphone, y que mantiene esa sensibilidad hasta 100 gramos en una escala de choque de automóvil.

Imagen: Ezzat Bakhoum

Los nanotubos de carbono de 20 micrómetros de alto recubren las superficies internas del acelerómetro.

Esa combinación de alta sensibilidad y gran rango dinámico en un cubo de sólo 3 milímetros de lado debería hacer que el nuevo acelerómetro sea particularmente útil en cosas que se mueven rápidamente en tres dimensiones, como aviones teledirigidos militares, microrobots y proyectiles autoguiados, según sus inventores.

Los acelerómetros MEMS ordinarios están compuestos por una placa móvil y una placa estacionaria, orientadas perpendicularmente a cada dimensión medida. Juntas, las placas forman un condensador. Cuando el dispositivo acelera, la placa móvil se dobla hacia o desde la placa estacionaria, cambiando la capacitancia. Debido a que la placa no puede moverse lejos, el cambio en la capacitancia es bastante pequeño. “Por eso la sensibilidad es extremadamente pobre”, dice Ezzat G. Bakhoum, profesor asociado de la University of West Florida, en Pensacola.

Bakhoum es un experto en supercondensadores (también llamados ultracondensadores). Estos son dispositivos que, como una batería, almacenan mucha más energía que un condensador. Sin embargo, pueden cargarse y descargarse rápidamente, como un condensador. Así que fue un movimiento natural tratar de hacer que los acelerómetros capacitivos fueran “súper”.

En este caso, los supercondensadores sustituyen las placas del condensador por nanotubos de carbono de material de alta superficie. Entre el material se encuentra un tetraetilamonio tetrafluoroborato de electrolito disuelto en carbonato de propileno (una solución disponible en el mercado a pesar de su nombre impenetrable). Los supercondensadores almacenan más energía debido a la mayor superficie y porque la carga también se almacena en los iones del líquido.

Bakhoum y su equipo construyeron una especie de supercapacitador tridimensional para actuar como acelerómetro. Comenzaron con una caja de escala milimétrica, cuyas paredes interiores eran de acero inoxidable recubierto de nanotubos de carbono. Dentro del cubo, colocaron una gota del electrolito. Debido a que los nanotubos son hidrofóbicos, repelen el electrolito, transformándolo en una bola que apenas entra en contacto con las seis paredes del cubo.

Foto: Ezzat Bakhoum

El acelerómetro conectado a un CI de prueba utilizado para interpretar sus mediciones de capacitancia.

En reposo, la capacitancia a través de cualquier par de paredes es básicamente cero, porque el electrolito ni siquiera está tocando los nanotubos. Pero una aceleración en cualquier dirección aplastará el electrolito, empujándolo hacia los nanotubos en dirección opuesta a la de la aceleración y también hacia los nanotubos de las paredes vecinas. Esto básicamente forma supercapacitores entre las paredes. Medir sus capacitancias individuales, encontró el grupo de Bakhoum, da una medida precisa de la aceleración.

El dispositivo ofrece una precisión de 75 nanofaradios por g, en comparación con los femtofaradios por g de los acelerómetros capacitivos típicos, según Bakhoum.

Su equipo reportó sus resultados en la última edición de IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology.

Bakhoum dice que ha discutido el trabajo con los intereses de la industria considerando la comercialización del dispositivo. Pero para él, es hora de pasar a hacer que otros tipos de sensores sean “súper”.

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Fuentes & Referencias
http://dx.doi.org/10.1109/TCPMT.2017.2773499

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