PolyU desenvolve sensores estruturais que podem ser aplicados por spray
Os sensores de nanocompósitos desenvolvidos pela equipa do departamento de Engenharia Mecânica da PolyU, liderada pelos professores Su Zhongqing e Zhou Limin, recorrem a uma técnica de fabrico inovadora que, através da pulverização, torna o processo de instalação “mais fácil e mais eficiente em comparação com os métodos convencionais”, e, paralelamente, aumenta a flexibilidade deste produto, permitindo a sua adaptação a tipos diferentes de superfícies
Pedro Cristino
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A Universidade Politécnica de Hong Kong (PolyU) anunciou o desenvolvimento de uma nova “estirpe” de sensores com base em nanocompósitos que pode ser aplicada directamente, através de um spray, em superfícies estruturais curvas ou planas, como linhas de comboio ou aviões.
Os sensores podem ser ligados em rede, para produzir informação em tempo real relativamente à integridade da estrutura sob monitorização. Segundo o artigo publicado por esta universidade asiática, devido ao seu peso leve e ao baixo custo de produção, podem ser aplicadas grandes quantidades de sensores numa rede para detectar falhas escondidas nas estruturas, abrindo caminho para “uma nova era de monitorização da integridade estrutural com base em ultra-som”.
Os sensores de nanocompósitos desenvolvidos pela equipa do departamento de Engenharia Mecânica da PolyU, liderada pelos professores Su Zhongqing e Zhou Limin, recorrem a uma técnica de fabrico inovadora que, através da pulverização, torna o processo de instalação “mais fácil e mais eficiente em comparação com os métodos convencionais”, e, paralelamente, aumenta a flexibilidade deste produto, permitindo a sua adaptação a tipos diferentes de superfícies.
O artigo destaca que, actualmente, os sensores ultra-sónicos convencionais, como os que são constituídos por titanato zirconato de chumbo (PZT), utilizados para monitorização “in-situ”, estão normalmente limitados pelos factores relacionados com o custo e o peso. A PolyU caracteriza este tipo de sensores como rígidos, o que torna mais difícil a sua adaptação a superfícies estruturais curvas, que introduzem uma desvantagem “notável” em termos de peso e de volume para a estrutura na qual serão instalados.
Todavia, os sensores de nanocompósitos desenvolvidos pelos investigadores da universidade são fabricados em grandes quantidades, para formar uma densa rede sensorial para monitorizar a integridade estrutural, a um custo de fabrico e um peso muito mais baixo do que os implicados na utilização de sensores convencionais.
“Este sensor de nanocompósitos abriu o caminho à implementação “in-situ” para registar vibrações ou para a monitorização da integridade estrutural por ultra-sons, ao alcançar um equilíbrio entre o custo dos sensores e a quantidade de dados adquiridos”, afirmou Su Zhongqing.
A tecnologia sensorial inovadora da PolyU envolve uma rede de sensores com um conjunto de sensores de nanocompósitos pulverizados e um actuador ultra-sónico para detectar activamente o estado de saúde da estrutura à qual estão acoplados, mostrando, de forma “rápida e precisa” se existem quaisquer danos na mesma. Quando o actuador emite ondas ultra-sónicas guiadas (GUW), os sensores irão recebê-las e medi-las.
Se existirem danos na estrutura, a propagação das GUW terá interferência dos danos, conduzindo a um “fenómeno único de dispersão de ondas” que será captado pela rede de sensores. Com base nesta dispersão, o dano pode ser caracterizado de forma quantitativa e precisa através de um sistema “all-in-one” desenvolvido pela equipa.
Comparada com os sensores convencionais de ultra-som, que custam cerca de 10 dólares cada e pesam alguns gramas, esta “nova estirpe” de sensores de nanocompósitos custa apenas meio dólar a produzir e tem um peso de 0,04 gramas. Assim, podem ser utilizados muito mais sensores numa estrutura, gerando mais informação para análise, com um peso menor.
Por outro lado, estes sensores dispõe de grande flexibilidade e podem adaptar-se a superfícies curvas, o que permite aumentar o leque de aplicações dentro da engenharia. Esta rede de sensores poderá também ser pulverizada na superfície de uma estrutura em movimento para transmitir a informação sobre a sua integridade estrutural em tempo real.
O sensor desenvolvido pelos investigadores pode medir um sinal de ultra-som desde a estática até 900 kHz. A aquisição de dispersão de ondas num regime ultra-sónico permite a detecção de fissuras tão pequenas como 1 ou 2 milímetros na maior parte dos materiais. Esta frequência de resposta é “mais de 400 vezes superior que a mais alta frequência disponível para os sensores ultra-sónicos”.
Neste sentido, a universidade explica que, embora os sensores de ultra-som convencionais possam medir um leque mais vasto de ondas quando comparados com os sensores desenvolvidos pela sua equipa, o alto custo e peso dos sensores convencionais tornam “inviável” a sua aplicação em quantidade, limitando o número de dados adquiridos.
Compostos por um híbrido de fuligem, grafeno em 2D, nano-partículas condutoras e fluoreto de polivinilideno (PVDF), o sensor de nanocompósitos pode ser “fácil e flexivelmente” moldado para diferentes dimensões e para diversas aplicações na engenharia.
O segredo da sua alta sensibilidade a alterações estruturais deve-se à nano-estrutura optimizada do híbrido, que dota o sensor de uma capacidade para identificar “alterações dramáticas” na piezoresistividade do nanocompósito.