Fabrican una piel inteligente que detecta daños estructurales en edificios

Científicos de la Universidad Rice, en Estados Unidos, han fabricado una piel inteligente que emplea nanotubos de carbono para detectar tensiones estructurales en los edificios. Las tensiones indican que hay daño en la estructura.

Un grupo de científicos de la Universidad Rice de Estados Unidos ha fabricado una piel inteligente en formato pintura que detecta daños internos incipientes en edificios y otras grandes estructuras. La piel artificial emplea nanotubos de carbono y más concretamente sus propiedades fluorescentes para informar de que una superficie se está deformando peligrosamente debido a una tensión estructural.

La piel inteligente tiene el formato de una pintura, un recubrimiento multicapa que puede aplicarse en grandes estructuras como edificios, barcos, puentes y aviones, sitios en los que una tensión estructural superior a la normal puede dar lugar a una catástrofe y todo eso sin dar señal previa de alarma.

Según apuntan los investigadores en su estudio publicado en Scientific Reports, muchos casos de fallos estructurales en edificios, puentes, barcos y aviones están muy relacionados con la concentración de tensiones. La medición de la deformación es un indicador directo de la existencia de tensiones, por lo que es crucial cuando se quiere saber cómo es la salud estructural de un determinado elemento.

La nueva piel inteligente es el componente principal de S4, un sistema de monitorización óptica que no necesita contacto físico. Hasta ahora, las tensiones estructurales se han medido empleando dos tecnologías, una con contacto y otra sin él.

En la detección por contacto se emplean sensores piezoresistivos y de fibra con rejilla de Bragg (FBG) que se colocan en las propias estructuras que se quieren medir. Tanto los sensores piezoresistivos como los FBG miden la deformación en una sola dirección, lo cual hace que se encarezca el coste y se obtenga un resultado peor cuando se quiere obtener un mapeo de la deformación de todo el campo. Sí que son útiles cuando ya se tiene un conocimiento previo de las áreas en las que se concentran las tensiones porque así se colocan en el sitio exacto.

Las técnicas de detección de la deformación sin contacto tienen, por su parte, dos ventajas fundamentales. La primera es que no se requieren conexiones eléctricas o de fibra óptica entre los sensores y el dispositivo de medición. La segunda es que muestran la distribución de la deformación en una región bidimensional de interés, lo que es importante para la detección de daños y los estudios del comportamiento de las fracturas. En la detección sin contacto se usa mayormente el sistema DIC o de correlación digital de imágenes. Este sistema sirve para comparar fotos que se han ido tomando a lo largo del tiempo de superficies con “motas” incrustadas. Los investigadores afirman que el sistema S4 puede ser incluso mejor que el DIC pero que ambos pueden funcionar perfectamente juntos.

Lo que han hecho los científicos de la Universidad de Rice es incorporar la técnica S4 y la DIC en un único sistema, la piel inteligente. La piel artificial posee tres capas, las cuales se configuran en función de la superficie que se desee recubrir. En general, primero se da una capa opaca que contiene las motas DIC. Después se aplica una segunda capa que es un poliuretano transparente que aísla la base de los nanotubos. La tercera capa, que es la de detección de los nanotubos, es de tolueno. Este componente se evapora, lo que hace que la capa de detección sea de un grosor menor que una micra. Para que la piel dure más años, se puede aplicar una última capa protectora.

El sistema de detección de tensiones necesita también un dispositivo lector, un láser de pequeño tamaño que estimule los nanotubos. También es necesario un espectrómetro portátil para apreciar si se tensan o no.

 

Referencia: Meng, W., Pal, A., Bachilo, S.M. et al. 2022. Next-generation 2D optical strain mapping with strain-sensing smart skin compared to digital image correlation. Scientific Reports. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15332-1

Mar Aguilar

Mar Aguilar

Me hubiera gustado ser médica pero le tengo terror a la sangre. Por eso, escribir sobre salud no me parece mal plan. También me interesa la nutrición. Disfruto viendo vídeos de YouTube con guiris preparando comida saludable y me encantan los animales.

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