Sensores vestíveis detectam vazamentos de gás

Acidentes com gás – como vazamento de gás tóxico em fábricas, vazamento de monóxido de carbono em caldeiras ou asfixia com gás tóxico durante a limpeza de bueiros – continuam a ceifar vidas e causar ferimentos. Desenvolver um sensor que possa detectar rapidamente gases tóxicos ou bioquímicos ainda é uma questão importante na saúde pública, monitoramento ambiental e setores militares. Uma equipe de pesquisa desenvolveu um sensor de holograma vestível, ultracompacto e barato que notifica imediatamente o usuário sobre a detecção de gás volátil.

Os pesquisadores integraram uma metasuperfície com um modulador óptico de cristal líquido reativo a gás para desenvolver um sensor que fornece um alarme holográfico visual imediato quando gases nocivos são detectados. Dispositivos de detecção de gás convencionais não são amplamente utilizados devido ao seu alto custo de fabricação. Além disso, os sensores de gás comerciais têm limitações na medida em que são difíceis de usar e têm pouca portabilidade e velocidade de reação.

Leia uma entrevista com o pesquisador

O engenheiro Trevon Badloe conta Tech Briefs sobre o design do sensor vestível.

Para resolver esses problemas, a equipe utilizou a metasuperfície – um dispositivo óptico conhecido por ter um efeito de “manto invisível”, fazendo objetos visíveis desaparecerem, controlando o índice de refração da luz. A metasuperfície é especialmente usada para transmitir hologramas bidirecionais ou imagens de vídeo 3D controlando livremente a luz.

Usando a metasuperfície, a equipe desenvolveu um sensor de gás que pode flutuar um alarme de imagem holográfica no espaço em apenas alguns segundos usando o controle de polarização da luz transmitida que se transforma devido à mudança na orientação das moléculas de cristal líquido na camada de cristal líquido dentro o dispositivo sensor quando exposto a gás. Além disso, o sensor de gás não requer suporte de dispositivos mecânicos ou eletrônicos externos, ao contrário de outros sensores de gás comerciais convencionais.

Os pesquisadores usaram álcool isopropílico como o gás perigoso alvo conhecido como uma substância tóxica que pode causar dor de estômago, dor de cabeça, tontura e até leucemia. O sensor foi confirmado para detectar até mesmo a quantidade mínima de cerca de 200 ppm de gás. Em um experimento real usando um marcador de placa - uma fonte de gás volátil em nossa vida diária - um alarme holográfico visual apareceu instantaneamente no momento em que o marcador foi levado ao sensor.

Um método de impressão nanocompósito de uma etapa foi desenvolvido para produzir o sensor de gás flexível e vestível. A estrutura da metasuperfície, que foi previamente processada em um substrato duro, foi projetada para permitir uma produção rápida com um processo de nanofundição de etapa única em um substrato curvo ou flexível. Quando o sensor flexível fabricado usando este método é fixado como um adesivo em óculos de segurança, ele pode detectar gás e exibir um alarme de holograma. Prevê-se que seja integrável com sistemas de exibição AR do tipo vidro em desenvolvimento na Apple, Samsung, Google e Facebook.

A equipe está desenvolvendo um sensor ambiental de alto desempenho que pode exibir o tipo e o nível de concentração de gases ou bioquímicos nos arredores com um alarme holográfico e está estudando técnicas de design óptico que podem codificar várias imagens holográficas. Se esses estudos forem bem-sucedidos, poderão ser usados ​​para reduzir acidentes causados ​​por vazamentos bioquímicos ou de gás. Seria especialmente eficaz em ambientes de trabalho mais extremos, onde o ruído acústico e visual é intenso.