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Este acelerómetro disparará la estabilidad de tu próximo dron

La tecnología de los super capacitores ha empoderado la creación de nuevos acelerómetros más pequeños y hasta 1 millón de veces más sensitivos que los dispositivos convencionales.

ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas

La inestabilidad vectorial dentro de los desplazamientos aéreos que registran actualmente los drones, podría quedar atrás como una versión antecesora de su tecnología, gracias a una nueva gama de acelerómetros basados en tecnología de supercapacitores que presuntamente incrementa la sensibilidad de los sensores hasta un millón de veces con respecto a las soluciones convencionales.

El proyecto de investigación es liderado por Ezzat G. Bakhoum, profesor asociado de la Universidad del Este de Florida para el Departamento de Ingeniería Eléctrica, quien aseguró que estos dispositivos micro electromecánicos (MEMS) poseen tecnología de ultracapacitores, y por su material basado en capas de Silicio, el tamaño es notoriamente más pequeño, con lo cual se espera puedan servir para perfeccionar diversos aparatos como mini drones, aeronaves no tripuladas, e incluso proyectiles guiados.

Los acelerómetros tradicionales están casi en todas partes, y están integrados a dispositivos como relojes inteligentes, aparatos médicos, sistemas portátiles de medición corporal, y su principal objetivo es medir la capacitancia en períodos de aproximadamente un minuto. Por irónico que parezca, uno de los grandes riesgos de estos componentes es que entre más miniaturizado esté el área donde se encuentren, más problemas tendrán para detectar los cambios en la capacitancia.

Este aspecto fue una de las barreras en que trabajó arduamente el equipo de ingeniería del Dr. Ezzat, logrando diseñar el nuevo acelerómetro cientos de miles de veces más sensitivo que un acelerómetro como los hallados en smartphones.

La cobertura de pared a base de nanotubos de carbono es de una medida de 20 micrómetros al interior del acelerómetro. (Imágenes: Ezzat Bakhoum).

   

El reporte académico menciona que tradicionalmente los acelerómetros MEMS están hechos de una placa móvil y una placa estacionaria orientadas perpendicularmente a cada dimensión de medida. Al combinar las placas forman un capacitor y cuando el dispositivo acelera el plato movible cambia su posición con respecto al plato estacionario y esto provoca que cambie la capacitancia.

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“Esto es una de las causas por las que la sensibilidad es extremadamente pobre”, refirió Ezzat y agregó que siguiendo el concepto estructural de los ultracapacitores –su campo de especialidad- sus colaboradores y él procedieron a replicar el comportamiento de almacenamiento de energía superior a lo que un capacitor convencional puede respetando los ciclos de carga y descarga rápidamente, y de esta forma crearon el super acelerómetro con tecnología de ultra capacitor.

Los ingenieros reemplazaron las placas del capacitor convencional con nanotubos de carbono, y lo acondicionaron con tetrafluoroborato de electrolito-tetraetilamonio disuelto en carbonato de propileno. Con esta miscelánea de elementos con nombres ultra complejos, los super capacitores almacenan más energía debido a que poseen una mayor capacidad de área y también al hecho de que la carga también se almacena en los iones del líquido.

Como parte de sus preparativos previos al desarrollo del super acelerómetro, los investigadores construyeron varios super capacitores tridimensionales con elementos propios de un acelerómetro. Comenzaron con un encapsulado de escala milimétrica cuyas paredes internas estaban revestidas con una capa de acero inoxidable y nanotubos de carbono.

El acelerómetro integrado al circuito de pruebas pudo realizar mediciones precisas con éxito.

   

Al interior del cubo colocaron una gota del electrolito y debido a que los nanotubos son hidrofóbicos pueden repeler al electrolito, lo que da como resultado que la gota adquiera una forma esférica ya que cada una de las seis paredes realiza su labor de rechazo al mismo tiempo.

En estado de reposo la capacitancia a través de cualquier par de paredes es básicamente nula, porque el electrolito ni siquiera está tocando los nanotubos. Pero aplicar una aceleración en cualquier dirección provoca que se aplaste el electrolito conduciéndolo hacia los nanotubos opuestos a la dirección de la aceleración y hacia los nanotubos de las paredes vecinas también.

Esto básicamente forma supercapacitores entre las paredes y permite medir sus capacitancias individuales, con lo cual los ingenieros de la universidad obtuvieron una medida precisa de la aceleración y al mismo tiempo un dispositivo milimétrico.

Aunque se encuentra en etapa de validación, se espera que los prototipos lleguen al mercado lo más pronto posible aplicando la transferencia de tecnología necesaria.

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