Novo Sensor Vestível de Holograma Fornece Alertas Instantâneos de Vazamento de Gás

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

Os pesquisadores integraram uma metassuperfície 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 convencionais de detecção de gás não são amplamente usados devido ao seu alto custo de fabricação. Além disso, sensores de gás comerciais têm limitações: são difíceis de usar, têm pouca portabilidade e velocidade de reação lenta.

Leia uma Entrevista com o Pesquisador

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

Para resolver esses problemas, a equipe utilizou a metassuperfície — um dispositivo óptico conhecido por ter um efeito "capa de invisibilidade" ao fazer objetos visíveis desaparecerem controlando o índice de refração da luz. A metassuperfície é especialmente usada para transmitir hologramas bidirecionais ou imagens de vídeo 3D controlando livremente a luz.

Usando a metassuperfície, a equipe desenvolveu um sensor de gás que pode flutuar uma imagem de alarme 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 do 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 gás alvo perigoso conhecido como substância tóxica que pode causar dor de estômago, dor de cabeça, tontura e até leucemia. O sensor foi confirmado para detectar até a quantidade minúscula de cerca de 200 ppm de gás. Em um experimento real usando um marcador de quadro branco — uma fonte de gás volátil em nossa vida diária — um alarme holográfico visual apareceu instantaneamente no momento em que o marcador foi trazido ao sensor.

Um método de impressão nanocompósito em uma etapa foi desenvolvido para produzir o sensor de gás flexível e vestível. A estrutura da metassuperfície, que era anteriormente processada em um substrato rígido, foi projetada para permitir produção rápida com um único processo de nanocasting em um substrato curvo ou flexível. Quando o sensor flexível fabricado usando este método adere como um adesivo em óculos de segurança, ele pode detectar gás e exibir um alarme holograma. É antecipado que seja integrável com sistemas de exibição AR do tipo óculos em desenvolvimento na Apple, Samsung, Google e Facebook.

A equipe está desenvolvendo um sensor ambiental de alto desempenho que pode exibir o tipo e nível de concentração de gases ou bioquímicos no ambiente com um alarme holográfico e está estudando técnicas de design óptico que podem codificar várias imagens holográficas. Se esses estudos forem bem-sucedidos, eles podem ser usados para reduzir acidentes causados por vazamentos bioquímicos ou de gás. Seria especialmente eficaz em ambientes de trabalho mais extremos onde ruído acústico e visual são intensos.