Las fibras \u00f3pticas ultradelgadas, de entre 1 y 3 micrones (\u03bcm) de di\u00e1metro, se utilizan cada vez m\u00e1s para equipar nuevos sensores capaces de identificar la presencia y escapes de gases, como el acetileno y el metano, en instalaciones industriales y gasoductos. Son estructuras compactas muy sensibles al ambiente exterior que funcionan correctamente incluso en situaciones de exposici\u00f3n a perturbaciones electromagn\u00e9ticas, caracter\u00edsticas que son propicias para la tarea de detecci\u00f3n. No obstante, el manipuleo de estas fibras constituye todo un reto. Requiere personal experimentado debido a la delicadeza del material, y la se\u00f1al \u00f3ptica puede ver afectado su rendimiento debido a la presencia de humedad y polvo.<\/p>\n
Un equipo de investigadores del Laboratorio de Fibras Especiales y Sensores \u00d3pticos (LaFE) de la Universidad de Campinas (Unicamp) ha desarrollado un dispositivo de pl\u00e1stico capaz de encapsular y proteger a estas fibras \u00f3pticas ultradelgadas. \u201cHemos dado respuesta a un problema que est\u00e1 en la agenda de varios centros de investigaci\u00f3n en fibra \u00f3ptica de todo el mundo. La soluci\u00f3n que hemos hallado es sencilla, pero muy eficaz\u201d, asegura el f\u00edsico Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, coordinador del LaFE.<\/p>\n
La investigaci\u00f3n y el desarrollo del dispositivo contaron con el apoyo de la FAPESP y dieron lugar a un art\u00edculo cient\u00edfico publicado en la revista Photonic Sensors <\/em>en 2020. Ese mismo a\u00f1o se deposit\u00f3 una solicitud de patente de la tecnolog\u00eda de encapsulado en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) que, en 2021, sali\u00f3 publicada en el Cat\u00e1logo de Patentes y Software<\/em>, administrado por la Agencia de Innovaci\u00f3n Inova de la Unicamp, en la que se encuentra a disposici\u00f3n para su licencia comercial o para aplicaciones cient\u00edficas.<\/p>\n Las fibras \u00f3pticas son filamentos flexibles de un material transparente, como el vidrio o el pl\u00e1stico, con gran capacidad de propagaci\u00f3n de la luz. Un sensor de fibra \u00f3ptica utiliza las variaciones de esta propagaci\u00f3n para medir par\u00e1metros de inter\u00e9s, como la fuga de un gas. El mecanismo de detecci\u00f3n requiere una fuente de luz \u00f3ptica, como un l\u00e1ser o un led (diodo emisor de luz), que se proyecta sobre un cable de fibra \u00f3ptica. En el otro extremo, el cable se conecta a un dispositivo de medici\u00f3n, como un fotodetector. Las variaciones en las propiedades de la onda electromagn\u00e9tica de la luz, transmitidas a trav\u00e9s de la fibra y captadas por el dispositivo, indican una anomal\u00eda.<\/p>\n La fibra \u00f3ptica convencional, utilizada en las redes de telecomunicaciones, tiene 125 \u03bcm de di\u00e1metro. En la detecci\u00f3n de gases, debe somet\u00e9rsela a un proceso de estrechamiento, en el que el di\u00e1metro de un segmento de la misma, de entre 1 y 2 cent\u00edmetros de longitud, se reduce a menos de 3 \u03bcm, lo caracteriza una especie de embudo para la luz. En la porci\u00f3n m\u00e1s estrecha de dicho embudo, una fracci\u00f3n considerable de la energ\u00eda lum\u00ednica se propaga fuera de la fibra y la vuelve sensible al entorno exterior. Las fibras adelgazadas se denominan por su nombre en ingl\u00e9s: tapers<\/em>. En la red de detecci\u00f3n, los tapers<\/em> se instalan solamente en los puntos que deben monitorearse, mientras que la fibra \u00f3ptica ordinaria cubre todo el resto del trayecto entre la fuente de luz y el fotodetector.<\/p>\n La c\u00e1psula desarrollada para proteger los tapers<\/em> se fabrica con un material polim\u00e9rico en impresi\u00f3n 3D (lea en<\/em> Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 276<\/em><\/a>). El taper<\/em> se pega dentro de la estructura, que se construye alrededor de la fibra. \u201cEl usuario no tiene contacto con la fibra ultradelgada, sino solamente con la c\u00e1psula, es decir, no necesita estar entrenado para manipular el material\u201d, explica el f\u00edsico Jonas Henrique Os\u00f3rio, quien form\u00f3 parte del equipo responsable del desarrollo. El dispositivo est\u00e1 compuesto por poros diminutos que permiten la interacci\u00f3n de la fibra \u00f3ptica con el elemento que se desea medir, evitando al mismo tiempo la humedad o el polvo.<\/p>\n La c\u00e1psula se proyect\u00f3 para detectar la presencia de gas acetileno, que es incoloro, inestable y altamente combustible. El taper<\/em>, al permitir una interacci\u00f3n eficaz entre el campo de luz guiada y su entorno, es capaz de detectar la presencia del gas mediante mecanismos de absorci\u00f3n de la se\u00f1al \u00f3ptica. Los investigadores est\u00e1n evaluando ahora el rendimiento del dispositivo con otros gases, tales como metano, amon\u00edaco y di\u00f3xido de carbono, y en detecci\u00f3n biol\u00f3gica, para detectar mol\u00e9culas de prote\u00ednas y ADN, como as\u00ed tambi\u00e9n bacterias.<\/p>\n Para el ingeniero de control y automatizaci\u00f3n Eric Fujiwara, de la Facultad de Ingenier\u00eda Mec\u00e1nica de la Unicamp, quien no particip\u00f3 en la investigaci\u00f3n, el nuevo dispositivo permitir\u00e1 que los tapers<\/em>, utilizados actualmente para la detecci\u00f3n de gases en ensayos de laboratorio, puedan emplearse en actividades de producci\u00f3n. \u201cLa c\u00e1psula proporciona la robustez necesaria para su uso en instalaciones industriales\u201d, dice.<\/p>\n Proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong> Sensores basados en resonancia de plasmones y fibra \u00f3ptica microestructurada (n\u00ba 14\/50632-6<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2014 Regular; Investigador responsable<\/strong> Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 339.961,75.
\n2.<\/strong> Dispositivos y sensores basados en fibra \u00f3ptica de n\u00facleo hueco (n\u00ba 21\/13097-9<\/a>); Modalidad<\/strong> Beca posdoctoral; Investigador responsable<\/strong> Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro (Unicamp); Beneficiario<\/strong> Jonas Henrique Os\u00f3rio; Inversi\u00f3n R$ 223.850,88.
\n3.<\/strong> Fibra \u00f3ptica antirresonante (n\u00ba 17\/06411-3<\/a>); Modalidad<\/strong> Beca de iniciaci\u00f3n a la investigaci\u00f3n cient\u00edfica; Investigador responsable<\/strong> Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro (Unicamp); Beneficiario<\/strong> Kaleb Roncatti de Souza; Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 8.433,80.<\/p>\n