Nova Câmera Terahertz Flexível Permite Inspeção Segura e Precisa de Formas Complexas

Na era digital atual, o uso de dispositivos "Internet das Coisas" (embutidos com software e sensores) tornou-se generalizado. Esses dispositivos incluem equipamentos sem fio, máquinas autônomas, sensores vestíveis e sistemas de segurança. Devido às suas estruturas e propriedades intrincadas, há necessidade de examiná-los de perto para avaliar sua segurança e utilidade e descartar quaisquer defeitos potenciais. Mas, ao mesmo tempo, danos ao dispositivo durante a inspeção devem ser evitados.

Imagem terahertz (THz), baseada em radiação com frequências entre 0,1 e 10 THz, é um método não destrutivo que está ganhando popularidade rapidamente devido à sua alta penetração, resolução e sensibilidade. Câmeras THz convencionais, no entanto, são volumosas e rígidas, limitando seu potencial na imagem de superfícies irregulares. Além disso, seu alto custo e falta de versatilidade em configurações de sensores as tornam uma alternativa bastante impraticável, exigindo sensores mais adaptáveis.

Para esse fim, uma equipe de pesquisadores do Tokyo Tech, liderada pelo Professor Associado Yukio Kawano, preencheu essa lacuna projetando um array de sensores THz flexível e autossustentado que pode ser usado para imaginar extremidades cegas de objetos de formato irregular.

"Dada a diversidade de formas, estruturas e tamanhos de objetos de teste, o design da câmera e do sensor deve ser adaptado para se conformar a diferentes configurações. Em nosso estudo, desenvolvemos um método de fabricação simples e econômico para gerar câmeras THz com formas adaptáveis", disse o Dr. Kawano.

Os cientistas sabiam que o material usado em tais sensores deve ter boa absorção no espectro THz junto com alta eficiência de conversão de emissões em sinais elétricos detectáveis. Por esse motivo, selecionaram filmes de nanotubos de carbono (CNT), que também possuem boa resistência mecânica e flexibilidade. Eles passaram a solução de CNT através de um filme de poliamida com fendas induzidas a laser e um filtro de membrana usando vácuo. Ao secar, a solução de CNT permaneceu como uma estrutura suspensa autossustentada entre as camadas do filme de poliamida padronizado. Além disso, desenvolveram um processo de fabricação simples baseado na auto-organização do array de filme de CNT e sua capacidade de formar eletrodos em ambas as extremidades.

Para isso, evaporaram eletrodos metálicos sobre o filme de poliamida padronizado. Juntos, esses processos geraram uma folha de patch de câmera THz com múltiplas câmeras. Curiosamente, a estrutura do filme de CNT suspenso poderia ser modificada alterando as condições de filtragem e, assim, a força de atrito, tornando o processo personalizável.

Além disso, a folha de patch poderia ser cortada com tesoura em sensores menores, portáteis e vestíveis que podem ser fixados na superfície do objeto de teste para melhor cobertura. Os pesquisadores demonstraram suas aplicações industriais detectando e visualizando rachaduras, impurezas e revestimento irregular de polímeros em uma resina e detectando lodo dentro de um tubo curvado, ressaltando o potencial da câmera para operações de controle de qualidade.