Los microsensores inalámbricos han permitido nuevas formas de monitorear nuestro entorno al permitir a los usuarios medir espacios que antes estaban fuera del alcance de la investigación, como áreas tóxicas, componentes de vehículos o áreas remotas en el cuerpo humano. Sin embargo, los investigadores se han visto obstaculizados por mejoras limitadasen la calidad de los datos y la sensibilidad de estos dispositivos derivados de los desafíos asociados con los entornos en los que operan y la necesidad de sensores con huellas extremadamente pequeñas.
Un nuevo artículo publicado hoy en Electrónica de la naturaleza por investigadores del Centro de Investigación de Ciencias Avanzadas ASRC en el Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, la Universidad Estatal de Wayne y la Universidad Tecnológica de Michigan, explica cómo los dispositivos nuevos con capacidades más allá de los sensores convencionales pueden ser construidos porconceptos prestados de la mecánica cuántica.
El equipo, dirigido por Andrea Alù, directora de la Iniciativa Fotónica de ASRC y Profesor de Física de Einstein en The Graduate Center, y Pai-Yen Chen, profesor de la Universidad Estatal de Wayne, desarrollaron una nueva técnica para diseñar microsensores que permite una mejora significativasensibilidad y una huella muy pequeña. Su método implica el uso de la escala isospectral paridad-tiempo-recíproca, o simetría PTX, para diseñar los circuitos electrónicos. Un 'lector' se combina con un microsensor pasivo que cumple con esta simetría PTX. El par logra una alta sensibilidadlecturas de radiofrecuencia.
"En el esfuerzo por miniaturizar los sensores para mejorar su resolución y habilitar redes de dispositivos de detección a gran escala, es crucial mejorar la sensibilidad de los microsensores", dijo Alù. "Nuestro enfoque aborda esta necesidad al introducir una condición de simetría generalizada que permitelecturas de alta calidad en una huella miniaturizada "
El trabajo se basa en avances recientes en el área de la mecánica cuántica y la óptica, que han demostrado que los sistemas simétricos bajo inversión de espacio y tiempo, o simétrico de paridad-tiempo PT, pueden ofrecer ventajas para el diseño del sensor. El documento generaliza esta propiedada una clase más amplia de dispositivos que satisfacen una forma más general de simetría: la simetría PTX. Este tipo de simetría es particularmente adecuada para mantener una alta sensibilidad y reducir drásticamente la huella.
Los investigadores pudieron mostrar este fenómeno en un sistema de sensor telemétrico basado en un circuito electrónico de radiofrecuencia, que exhibió una resolución y sensibilidad drásticamente mejoradas en comparación con los sensores convencionales. Los sensores de presión inalámbricos basados en microelectromecánica MEMS comparten las ventajas de sensibilidadde dispositivos simétricos PT anteriores, pero de manera crucial, la condición de simetría generalizada permite la miniaturización del dispositivo y permite una realización eficiente a bajas frecuencias dentro de un circuito electrónico compacto.
Este nuevo enfoque puede permitir a los investigadores superar los desafíos actuales en el despliegue de redes ubicuas de microsensores discretos y duraderos para monitorear grandes áreas. En la era de Internet de las cosas y los grandes datos, estas redes son útiles para la salud inalámbrica, inteligenteciudades y sistemas ciberfísicos que recopilan y almacenan dinámicamente grandes cantidades de información para su eventual análisis.
"El desarrollo de microsensores inalámbricos con alta sensibilidad es uno de los principales problemas desafiantes para usos prácticos en bioimplantes, dispositivos electrónicos portátiles, Internet de las cosas y sistemas ciberfísicos", dijo Chen. "Si bien ha habido un progreso continuo ensensores micro maquinados en miniatura, los fundamentos de la técnica de lectura telemétrica permanecen esencialmente sin cambios desde su invención. Este nuevo enfoque de telemetría hará posible el objetivo largamente buscado de detectar con éxito la pequeña actuación física o química de microsensores sin contacto ".
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Materiales proporcionado por Centro de Investigación de Ciencias Avanzadas, GC / CUNY . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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