Los ingenieros eléctricos de la Universidad de Duke han inventado un sensor impreso de bajo costo que puede monitorear la banda de rodadura de los neumáticos de los automóviles en tiempo real, advirtiendo a los conductores cuando el caucho que se encuentra con la carretera se ha vuelto peligrosamente delgado.
Si se adopta, el dispositivo aumentará la seguridad, mejorará el rendimiento del vehículo y reducirá el consumo de combustible. El grupo espera que el sensor de desgaste de las llantas sea el primero de muchos que podría interrumpir el mercado de sensores de control de llantas y neumáticos de $ 2 mil millones.
En colaboración con Fetch Automotive Design Group, los investigadores de Duke han demostrado un diseño que utiliza nanotubos de carbono metálicos pequeños cilindros de átomos de carbono de solo una milmillonésima parte de un metro de diámetro que puede rastrear los cambios a escala milimétrica en la profundidad de la banda de rodadura con un 99 por cientoprecisión. Con dos patentes pendientes, los investigadores están en el proceso de establecer colaboraciones de la industria para llevar la tecnología a un neumático cerca de usted.
"Con toda la tecnología y los sensores que se encuentran en los automóviles de hoy en día, es una locura pensar que casi no se recopilan datos de la única parte del vehículo que realmente toca la carretera", dijo Aaron Franklin, profesor asociadode ingeniería eléctrica e informática en Duke. "Nuestro sensor de banda de rodadura es la combinación perfecta entre tecnología de punta y una solución simple".
En un artículo publicado el 9 de junio en IEEE Sensors Journal Franklin y sus colegas desarrollan su diseño de sensor.
La tecnología se basa en la mecánica bien entendida de cómo interactúan los campos eléctricos con los conductores metálicos. El núcleo del sensor se forma al colocar dos pequeños electrodos conductores de electricidad muy cerca uno del otro. Al aplicar un voltaje eléctrico oscilante a uno yconectando a tierra el otro, se forma un campo eléctrico entre los electrodos.
Si bien la mayor parte de este campo eléctrico pasa directamente entre los dos electrodos, algunos de los campos se arquean entre ellos. Cuando se coloca un material en la parte superior de los electrodos, interfiere con el llamado "campo de franjas" al medir esta interferenciaA través de la respuesta eléctrica del electrodo conectado a tierra, es posible determinar el grosor del material que cubre el sensor.
Si bien existe un límite para el grosor de un material que esta configuración puede detectar, es más que suficiente para abarcar los varios milímetros de la banda de rodadura que se encuentran en los neumáticos de hoy en día. Y con evidencia de una resolución submilimétrica, la tecnología podría decir fácilmente a los conductores cuándoEs hora de comprar un nuevo juego de neumáticos o dar información sobre el desgaste desigual y a menudo peligroso del neumático conectando muchos sensores en una cuadrícula para cubrir el ancho del neumático.
Las pruebas también demostraron que la malla metálica incrustada dentro de los neumáticos no interrumpe el funcionamiento de los nuevos sensores.
"Cuando presentamos esta idea a los expertos de la industria, se dicen unos a otros, '¿Por qué no lo hemos intentado antes?'", Dijo Franklin. "Parece tan obvio una vez que lo ves, pero así es como sucede conmás buenos inventos "
Si bien el sensor podría estar hecho de una variedad de materiales y métodos, el documento explica cómo los investigadores optimizaron el rendimiento al explorar diferentes variables desde el tamaño y la estructura del sensor hasta los materiales del sustrato y la tinta. Los mejores resultados se obtuvieron al imprimir electrodos de metalnanotubos de carbono en una película de poliimida flexible. Además de proporcionar los mejores resultados, los nanotubos de carbono metálicos son lo suficientemente duraderos como para sobrevivir al duro ambiente dentro de un neumático.
Los sensores se pueden imprimir en casi cualquier cosa usando una impresora de chorro de aerosol, incluso en el interior de los neumáticos. Y, aunque todavía no es seguro que la impresión directa sea el mejor enfoque de fabricación, cualquiera que sea el enfoque que se utilice en última instancia,Franklin dijo que los sensores deberían costar mucho menos que un centavo cada uno una vez que se fabrican en cantidad.
El grupo de Franklin también quiere explorar otras aplicaciones automotrices para los sensores impresos, como controlar el grosor de las pastillas de freno o la presión de aire dentro de los neumáticos. Esto es consistente con una tendencia clave en el sector automotriz hacia el uso de nanosensores integrados.
Otros productos de rastreo de llantas han llegado recientemente al mercado. Por ejemplo, la compañía de llantas Pirelli presentó recientemente un sistema para rastrear electrónicamente cada llanta: cuándo se instaló, cuántas millas ha recorrido, cuándo recibió el último servicio, etc.- y use un algoritmo para estimar su desgaste. Si bien no es lo mismo que medir físicamente la banda de rodadura de los neumáticos, muestra que el mercado está ahí para este tipo de información.
Pero la tecnología no se limita a los automóviles ". Esta configuración podría usarse con casi cualquier cosa que no sea metálica o demasiado gruesa", dijo Franklin. "En este momento nos estamos centrando en los neumáticos, pero realmente cualquier cosa que usted 'preferiría no tener que cortar para determinar que su grosor podría ser monitoreado por esta tecnología en tiempo real "
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Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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