Sensores de deformación a prueba de fallos sin consumo de energía

El equipo de mechIC ha desarrollado sensores de deformación que no consumen electricidad. La producción se realiza en una sala limpia. © RUB, Marquard

Debido a que las estructuras de los sensores son diminutas, cualquier mota de polvo sería un problema. Por ello, la producción se realiza en una sala limpia. El equipo lleva ropa de protección para evitar contaminaciones con pelos y células de piel. © Andreas Soika

Con métodos de la producción de microchips, el equipo de mechIC fabrica los sensores en discos de silicio, conocidos como obleas. © RUB, Marquard

Una toma de detalles del sensor mechIC, que funciona únicamente de manera mecánica. © Harald Austenfeld

El equipo mecIC de izquierda a derecha: Philip Schmitt, Steffen Wittemeier, Lisa Schmitt y Henning Mays. © RUB, Marquard

Por su idea de fundación, un equipo de Bochum recibe una financiación EXIST dotada con 1,34 millones de euros. Su tecnología podría llegar en el momento justo para resolver un problema mundial que se avecina.

Para monitorear la seguridad de puentes, grúas, tuberías, aerogeneradores y mucho más, se necesitan sensores de deformación. Científicos de Bochum y Paderborn han desarrollado una tecnología fundamentalmente nueva para ello. A diferencia de los sistemas tradicionales, no consume energía y es casi insensible a la temperatura. Para hacer que los sensores estén listos para el mercado, el Dr. Philip Schmitt, la Dra. Lisa Schmitt y Henning Mays del Departamento de Microtecnología de la Universidad de Bochum, junto con Steffen Wittemeier, anteriormente en la Universidad de Paderborn, están preparando la fundación de la startup "mechIC", prevista para 2025. El Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima apoya este proyecto con 1,37 millones de euros en el marco del programa de transferencia de investigación EXIST.

El proyecto EXIST está ubicado en el Departamento de Microtecnología de Bochum, dirigido por el Prof. Dr. Martin Hoffmann. La financiación comenzó el 1 de abril de 2024. El equipo también cuenta con el apoyo del Centro de Startups WORLDFACTORY de la Universidad de Bochum y del incubador Materials.

“Se pronostica que en 2040 se necesitará más electricidad para monitorear componentes de la que se puede producir en todo el mundo”, subraya Lisa Schmitt la importancia de los nuevos sensores. “Para garantizar una supervisión completa, se necesita un cambio de tendencia.”

El sistema funciona de manera puramente mecánica

A diferencia de los sensores de deformación tradicionales, que funcionan eléctricamente, el sistema de mechIC — abreviatura de circuitos integrados mecánicos — funciona de forma mecánica. La pieza central de los sensores es un chip de silicio que puede detectar deformaciones en el rango nanométrico. Cuando la pieza que se va a monitorear se deforma, una estructura basada en dientes de engranaje en el chip se desplaza contra un marco. Cuanto mayor sea la deformación, más abajo en el marco encaja el elemento móvil. “De esta manera, podemos almacenar mecánicamente las amplitudes de deformación detectadas”, explica Philip Schmitt.

El principio de funcionamiento fue desarrollado por el equipo en el proyecto “Investigación para una nueva microelectrónica: sensores pasivos de radiofrecuencia no convencionales para la supervisión de vibraciones y sacudidas energéticamente autónomas”, abreviado UpFuse, que fue financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación en la Universidad de Bochum y la Universidad de Paderborn.

Datos que se pueden leer con el smartphone

Con el sensor mechIC, es posible monitorear componentes de forma continua en tiempo real. Los sensores pueden configurarse para que alerten cuando se supera un umbral, o pueden leerse según sea necesario. Para ello, un convertidor analógico-digital micromecánico traduce la deformación mecánica en una señal eléctrica. La energía para la medición y el procesamiento de datos se proporciona por la misma deformación y no necesita ser suministrada externamente. Por lo tanto, el sistema no requiere batería. Los datos pueden leerse fácilmente mediante una aplicación para smartphone, diseñada para que los usuarios puedan adaptarla fácilmente a sus necesidades.

Los sensores miden aproximadamente cinco por cinco milímetros y pueden usarse en diversas aplicaciones. Se producen con métodos establecidos en la industria de semiconductores. El equipo de fundación planea comenzar la producción en serie en 2026.