Piel artificial inteligente para detectar daños incipientes en edificios y otras grandes estructuras

Ya está lista para su uso una piel inteligente que utiliza nanotubos de carbono para detectar la tensión estructural delatadora de daños incipientes en estructuras de gran tamaño.

La nueva piel, desarrollada inicialmente como una pintura en la Universidad Rice de Estados Unidos, se vale de las propiedades fluorescentes de los nanotubos para mostrar cuándo una superficie ha sido deformada peligrosamente por una tensión estructural.

La nueva piel es el componente clave de un sistema de monitorización óptica sin contacto físico denominado S4.

El recubrimiento multicapa puede aplicarse a grandes superficies, como por ejemplo las de puentes, edificios, barcos y aviones, donde una tensión estructural mayor de lo aceptable supone una amenaza que suele ser invisible hasta que ya es demasiado tarde.

El proyecto lo lideran Bruce Weisman, Satish Nagarajaiah y Wei Meng, de la citada universidad.

El cartografiado de tensiones estructurales se ha venido basando en dos tecnologías: calibradores físicos fijados a las estructuras y correlación digital de imágenes (DIC), utilizada para comparar imágenes tomadas a lo largo del tiempo de superficies con "motas" incrustadas.

Weisman y sus colegas consideran que el sistema S4 es igual o mejor que la DIC, pero que, en cualquier caso, ambas técnicas pueden funcionar juntas.

Para demostrar que el nuevo sistema puede estar a la altura de las prestaciones ofrecidas por la DIC o incluso obtener resultados mejores, Wei ideó un método para incorporar juntos el S4 y la DIC de modo que ambas técnicas puedan utilizarse simultáneamente e incluso complementarse.

La piel artificial tiene tres capas, y su configuración se orienta a la superficie que debe recubrir. Normalmente, primero se pinta una imprimación opaca que contiene las motas DIC. La segunda capa es un poliuretano transparente que aísla la base de los nanotubos. Por último, se pulveriza la capa de detección de los nanotubos recubiertos individualmente, suspendidos en tolueno. El tolueno se evapora, dejando una capa de nanotubos de detección de un grosor inferior a una micra adherida al elemento estructural. Se puede aplicar una capa protectora adicional en la parte superior para mantener la piel activa durante años.

Un momento de un test realizado en la Universidad Rice sobre una muestra de material recubierto por la piel inteligente sensible a las presiones. El recubrimiento multicapa contiene nanotubos de carbono que emiten fluorescencia cuando están experimentando una presión, lo que permite saber que esa misma tensión estructural la está sufriendo el material de debajo. (Foto: Jeff Fitlow / Rice University)

El sistema también requiere un dispositivo lector, en este caso un pequeño láser visible para excitar los nanotubos, complementado con un espectrómetro portátil, para ver cómo se tensan.

Weisman y sus colegas exponen los detalles técnicos del sistema S4 en la revista académica Scientific Reports, bajo el título “Next-generation 2D optical strain mapping with strain-sensing smart skin compared to digital image correlation”. (Fuente: NCYT de Amazings)