Oltre a essere resistente a condizioni estreme, ogni sensore è in grado di trasmettere informazioni sull'attività sismica su lunghe distanze, fino a 20 chilometri dalla sua posizione nelle aree interurbane, e queste informazioni possono essere visualizzate su qualsiasi dispositivo connesso a Internet. In breve, il nuovo sensore, che è stato brevettato, può essere utilizzato per rilevare i terremoti e segnalare il pericolo utilizzando un sistema molto economico, a basso consumo energetico e resistente alle intemperie.
Con l'obiettivo di migliorare i sistemi di monitoraggio sismico e, di conseguenza, le informazioni fornite al pubblico e alle autorità competenti in merito al rischio sismico in un dato momento e luogo, i ricercatori dell'UPM e dell'IMDEA Materials, esperti nella progettazione di sensori, hanno realizzato e testato un innovativo sensore sismico basato sull'effetto triboelettrico.
Nello specifico, in collaborazione con il Servizio Dati Sismici dell'IGN, i ricercatori, guidati da José Sánchez del Río del Gruppo di Ricerca sui Materiali Strutturali Avanzati e Nanomateriali dell'UPM, hanno testato al CEDEX la correlazione tra le misurazioni di vibrazione ottenute con il nuovo sensore posizionato sulla superficie di un tavolo vibrante triassiale e quelle ottenute dai sensori MEMS (sistemi microelettromeccanici) normalmente utilizzati nella rete nazionale di sensori sismici dell'IGN. I risultati hanno mostrato un elevato grado di somiglianza tra i due segnali, dimostrando l'utilità del nuovo sensore.
I componenti principali del nuovo sensore sismico sono trasduttori triboelettrici. Questi trasduttori sono prodotti nel laboratorio di materiali dell'IMDEA, diretto dal ricercatore De-Yi Wang. Sono costituiti da due strati di materiale polimerico che, attraverso vari trattamenti chimici, presentano elettronegatività opposta. Quando questi strati entrano in contatto, viene generata energia elettrica ad alta tensione senza bisogno di alcuna fonte esterna. Questa caratteristica ha portato a definire questi sensori anche nanogeneratori triboelettrici (TENG).
a) Principio di funzionamento del TENG e del sensore sismico. b) Segnali generati dalle vibrazioni. c) TENG e MEMS sul banco di prova CEDEX. Fonte: UPM.
Il sensore sismico include anche una massa inerziale posizionata sopra il trasduttore triboelettrico, che gli consente di rilevare le vibrazioni lungo l'asse Z. Il Dipartimento di Progettazione Meccanica Industriale della Facoltà di Ingegneria e Design Industriale del Politecnico di Madrid (ETSIDI-UPM), guidato da Francisco Santos Olalla e Rafael Cascón Porres, è attualmente responsabile della progettazione meccanica per il rilevamento 3D, insieme alla studentessa Alba López Laguna. Inoltre, i nuovi sensori sismici sono in grado di rilevare vibrazioni di ampiezza molto bassa (5 mg) e alta frequenza (300 Hz). José Sánchez del Río, insieme a David Patrizi e Álvaro Merodio, anch'egli studente dell'ETSIDI, ha verificato che i segnali di vibrazione possono essere trasmessi su lunghe distanze e visualizzati online tramite l'Internet delle Cose (IoT).
In sintesi, e secondo il ricercatore José Sánchez del Río: "Questo nuovo sensore sismico può essere utilizzato per rilevare i terremoti e segnalare il pericolo grazie a un sistema a basso costo e a basso consumo energetico, resistente alle condizioni avverse. I potenziali utilizzatori spaziano dalle grandi aziende, alle piccole e medie imprese, ai singoli individui interessati, fino ai responsabili dei sistemi nazionali di rilevamento dei terremoti."
J. Sánchez del Río, A. Yusuf, Xiang Ao, I. Astarloa Olaizola, L. Urbelz López-Puertas,, MY. Ballesteros, R. Giannetti, V. Martínez, JL Jiménez, JB Bravo Monge, Xiaosui Chen, De-Yi Wang. TENGS ad alta risoluzione per il rilevamento del movimento del suolo sismico, Nano Energy, 102, novembre 2022. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107666
Questo risultato è stato protetto da un brevetto presso l'Ufficio spagnolo dei brevetti e dei marchi: un sistema di rilevamento sismico.
https://www.upm.es/recursosidi/offers-resources/patentes/un-sistema-de-deteccion-sismico/?_sf_s=sísmico&_sft_product_cat=patentes&sort_order=date desc
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