Sensores portátiles que detectan fugas de gas

Los accidentes con gas, como la fuga de gas tóxico en las fábricas, la fuga de monóxido de carbono de las calderas o la asfixia por gas tóxico durante la limpieza de alcantarillas, continúan cobrando vidas y causando lesiones. Desarrollar un sensor que pueda detectar rápidamente gases tóxicos o productos bioquímicos sigue siendo un tema importante en los sectores de salud pública, monitoreo ambiental y militar. Un equipo de investigación ha desarrollado un sensor de holograma portátil ultracompacto y económico que notifica inmediatamente al usuario la detección de gases volátiles.

Los investigadores integraron una metasuperficie con un modulador óptico de cristal líquido reactivo con gas para desarrollar un sensor que proporciona una alarma holográfica visual inmediata cuando se detectan gases nocivos. Los dispositivos de detección de gas convencionales no se usan mucho debido a su alto costo de fabricación. Además, los sensores de gas comerciales tienen limitaciones porque son difíciles de usar y tienen poca portabilidad y velocidad de reacción.

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El ingeniero Trevon Badloe informa a Resúmenes técnicos sobre el diseño del sensor portátil.

Para resolver estos problemas, el equipo utilizó la metasuperficie, un dispositivo óptico conocido por tener un efecto de "capa invisible" al hacer desaparecer los objetos visibles al controlar el índice de refracción de la luz. La metasuperficie se usa especialmente para transmitir hologramas bidireccionales o imágenes de video en 3D mediante el control libre de la luz.

Usando la metasuperficie, el equipo desarrolló un sensor de gas que puede hacer flotar una alarma de imagen holográfica en el espacio en solo unos segundos usando el control de polarización de la luz transmitida que se transforma debido al cambio de orientación de las moléculas de cristal líquido en la capa de cristal líquido en el interior. el dispositivo sensor cuando se expone al gas. Además, el sensor de gas no requiere soporte de dispositivos mecánicos o electrónicos externos, a diferencia de otros sensores de gas comerciales convencionales.

Los investigadores utilizaron alcohol isopropílico como gas peligroso objetivo conocido como una sustancia tóxica que puede causar dolor de estómago, dolor de cabeza, mareos e incluso leucemia. Se confirmó que el sensor detecta incluso la cantidad mínima de aproximadamente 200 ppm de gas. En un experimento real que utilizó un marcador de tablero, una fuente de gas volátil en nuestra vida diaria, una alarma holográfica visual apareció instantáneamente en el momento en que el marcador se acercó al sensor.

Se desarrolló un método de impresión de nanocompuestos de un solo paso para producir el sensor de gas flexible y portátil. La estructura de la metasuperficie, que se procesó previamente sobre un sustrato duro, se diseñó para permitir una producción rápida con un proceso de nanofundición de un solo paso sobre un sustrato curvo o flexible. Cuando el sensor flexible fabricado con este método se adhiere como una pegatina a las gafas de seguridad, puede detectar gas y mostrar una alarma de holograma. Se prevé que se pueda integrar con los sistemas de visualización AR de tipo vidrio que se están desarrollando en Apple, Samsung, Google y Facebook.

El equipo está desarrollando un sensor ambiental de alto rendimiento que puede mostrar el tipo y nivel de concentración de gases o bioquímicos en el entorno con una alarma holográfica y está estudiando técnicas de diseño óptico que pueden codificar varias imágenes holográficas. Si estos estudios tienen éxito, se pueden utilizar para reducir los accidentes causados ​​por fugas bioquímicas o de gas. Sería especialmente eficaz en entornos de trabajo más extremos donde el ruido acústico y visual son intensos.