Nuevo sensor holográfico wearable proporciona alertas instantáneas de fuga de gas

Los accidentes de gas —como fugas de gas tóxico en fábricas, fugas de monóxido de carbono en calderas o asfixia por gas tóxico durante la limpieza de alcantarillas— siguen cobrando vidas y causando lesiones. Desarrollar un sensor que pueda detectar rápidamente gases tóxicos o bioquímicos sigue siendo un tema importante en salud pública, monitorización ambiental y sectores militares. Un equipo de investigación ha desarrollado un sensor holográfico wearable, ultracompacto e económico que notifica inmediatamente al usuario de la detección de gas volátil.

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

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El ingeniero Trevon Badloe cuenta a Tech Briefs sobre el diseño del sensor wearable.

Para resolver estos problemas, el equipo utilizó la metasuperficie —un dispositivo óptico conocido por tener un efecto «capa de invisibilidad» al hacer desaparecer objetos visibles controlando el índice de refracción de la luz. La metasuperficie se usa especialmente para transmitir hologramas bidireccionales o imágenes de video 3D controlando libremente la luz.

Usando la metasuperficie, el equipo desarrolló un sensor de gas que puede flotar una imagen holográfica de alarma en el espacio en solo unos segundos usando el control de polarización de la luz transmitida que se transforma debido al cambio en la orientación de las moléculas de cristal líquido en la capa de cristal líquido dentro del dispositivo sensor cuando se expone a 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 usaron alcohol isopropílico como gas peligroso objetivo conocido como sustancia tóxica que puede causar dolor estomacal, dolor de cabeza, mareos e incluso leucemia. El sensor confirmó detectar incluso la cantidad mínima de unos 200 ppm de gas. En un experimento real usando un rotulador de pizarra —una fuente de gas volátil en nuestra vida diaria— una alarma holográfica visual apareció instantáneamente en el momento en que el rotulador se acercó al sensor.

Se desarrolló un método de nanocasting en un solo paso para producir el sensor de gas flexible y wearable. La estructura de la metasuperficie, que anteriormente se procesaba en un sustrato duro, se diseñó para permitir una producción rápida con un solo proceso de nanocasting en un sustrato curvo o flexible. Cuando el sensor flexible fabricado con este método se adhiere como una pegatina en gafas de seguridad, puede detectar gas y mostrar una alarma holográfica. Se anticipa que sea integrable con sistemas de visualización AR tipo gafas en desarrollo 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, pueden usarse para reducir accidentes causados por fugas bioquímicas o de gas. Sería especialmente efectivo en entornos de trabajo más extremos donde el ruido acústico y visual es intenso.