Sensores forestales para detectar incendios

Estos dispositivos generan energía eléctrica recolectando energía del movimiento esporádico de las ramas de los árboles de los que cuelga

En un nuevo estudio, un equipo de científicos de la Universidad Estatal de Michigan diseñó y fabricó un sistema remoto de detección y alarma de incendios forestales alimentado por nada más que el movimiento de los árboles en el viento.

Como se detalla en la revista Advanced Functional Materials, el dispositivo, conocido como MC-TENG (multilayered cylindrical triboelectric nanogenerator), genera energía eléctrica recolectando energía del movimiento esporádico de las ramas de los árboles de los que cuelga.

"Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de un MC-TENG tan novedoso como un sistema de detección de incendios forestales", dijo el autor principal Changyong Cao, de la MSU.

"El sistema de detección autoalimentado podría vigilar continuamente el fuego y las condiciones ambientales sin necesidad de mantenimiento después de su despliegue", dijo.

Para Cao y su equipo, los trágicos incendios forestales de los últimos años en el oeste americano, Brasil y Australia fueron las fuerzas motrices de esta nueva tecnología. Cao cree que la respuesta temprana y rápida a los incendios forestales facilitará la tarea de extinguirlos, reduciendo significativamente los daños y la pérdida de bienes y vidas.

Los métodos tradicionales de detección de incendios forestales incluyen el monitoreo satelital, las patrullas terrestres, las torres de vigilancia, entre otros, que tienen altos costos laborales y financieros a cambio de una baja eficiencia.

Las actuales tecnologías de sensores remotos son cada vez más comunes, pero dependen principalmente de la tecnología de baterías para su alimentación.

"Aunque se han utilizado ampliamente las células solares para la electrónica portátil o los sistemas autoalimentados, es un desafío instalarlas en un bosque debido a la sombra o a la cobertura de un follaje exuberante", dijo Yaokun Pang, co-autor y asociado de postdoctorado en el laboratorio de Cao.

La tecnología TENG convierte la energía mecánica externa - como el movimiento de la rama de un árbol - en electricidad por medio del efecto triboeléctrico, un fenómeno en el que ciertos materiales se cargan eléctricamente después de que se separan de un segundo material con el que estuvieron previamente en contacto.

La versión más simple del dispositivo TENG consiste en dos camisas cilíndricas de material especial que encajan una dentro de la otra. La camisa central se ancla desde arriba mientras que la manga inferior está libre para deslizarse hacia arriba y hacia abajo y moverse de lado a lado, limitada solo por una banda elástica conectora. A medida que las dos camisas se mueven fuera de sincronía, la pérdida intermitente de contacto genera electricidad. El MC-TENG está equipado con varias capas triboeléctricas jerárquicas, aumentando la producción eléctrica.

El MC-TENG almacena su corriente eléctrica generada esporádicamente en un micro supercondensador basado en nanotubos de carbono. Los investigadores seleccionaron esta tecnología por sus rápidos tiempos de carga y descarga, lo que permite que el dispositivo se cargue adecuadamente con solo ráfagas de viento cortas pero sostenidas.

"A una frecuencia de vibración muy baja, el MC-TENG puede generar eficientemente electricidad para cargar el supercondensador unido a él en menos de tres minutos", dijo Cao.

Los investigadores equiparon el prototipo inicial con sensores de monóxido de carbono (CO) y de temperatura. La adición de un sensor de temperatura tenía como objetivo reducir la probabilidad de una lectura de dióxido de carbono que diera un falso positivo.

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