Los materiales mecanoluminiscentes (ML), que emiten luz cuando se estresan mecánicamente sin necesidad de una fuente de energía externa, son muy prometedores para tecnologías avanzadas como interfaces controladas por mordida, monitoreo de la salud y detección de fuerza precisa. Sin embargo, un desafío con estos materiales es su amplio espectro de emisión de luz, que puede disminuir la sensibilidad e introducir ruidos no deseados, lo que dificulta su eficacia en aplicaciones de detección.
Afrontar el desafío con la filtración de color
Investigadores de Corea del Sur y el Reino Unido, dirigidos por el profesor Hyosung Choi de la Universidad de Hanyang, han desarrollado un nuevo enfoque para mejorar la resolución del sensor ML. Su trabajo, publicado en Advanced Materials, consiste en recubrir el material ML, sulfuro de zinc dopado con cobre (ZnS:Cu), con una capa de polímero especial. Esta carcasa, hecha de poli(9,9-dioctilfluoreno-alt-benzotiadiazol) (F8BT), actúa como un filtro de color, reduciendo selectivamente las emisiones de luz por debajo de 490 nanómetros. Este estrechamiento del espectro luminoso de 94 nm a 55 nm mejora significativamente la capacidad de distinguir entre diferentes señales.
Una nueva funcionalidad dual: compensación de luz
Normalmente, la filtración de color reduce la intensidad general de la luz emitida. Sin embargo, en este innovador sistema, la propia emisión de luz del polímero F8BT, provocada por presión mecánica, compensa esta pérdida. Esta funcionalidad dual, que actúa como filtro y fuente de luz, es una ventaja clave. Al filtrar los colores no deseados y al mismo tiempo mantener una fuerte emisión de luz azul, el sistema minimiza el ruido espectral y aumenta la resolución en prácticos controladores hápticos.
Prueba de concepto: sistema de seguimiento de color
Para demostrar las capacidades del sistema, los investigadores crearon una prueba de concepto de sistema de seguimiento de color utilizando ZnS:Cu recubierto con F8BT. Este sistema distinguió con precisión entre señales ML azules y verdes, lo que demuestra la alta resolución espectral lograda mediante su estrategia de filtración cromática.
Implicaciones para aplicaciones futuras
Esta tecnología abre interesantes posibilidades para una variedad de aplicaciones:
- Sensores portátiles para entornos espaciales: Cuantificación de la actividad de la tripulación en el espacio, lo que requiere soluciones de monitoreo livianas y energéticamente eficientes.
- Controladores tipo boquilla: Permiten el funcionamiento de la silla de ruedas mediante gestos de masticación, donde movimientos específicos (izquierda, centro, derecha) desencadenan diferentes acciones.
- Cuidado de la salud de las personas mayores: Abordar la creciente necesidad de tecnologías de detección de estrés sin energía para el monitoreo del movimiento y la robótica de asistencia, particularmente a medida que las poblaciones envejecen.
“A medida que se acelera el envejecimiento de la sociedad, habrá una demanda cada vez mayor de tecnologías de detección de estrés sin energía y respetuosas con el medio ambiente que estén directamente relacionadas con la atención sanitaria de las personas mayores”, afirmó el profesor Choi.
Visión a largo plazo: sensores ecológicos y recolección de energía
Más allá de las aplicaciones inmediatas, esta tecnología tiene el potencial de avanzar sensores e interfaces de recolección de energía que convierten la energía mecánica en luz. Esto proporciona una alternativa ecológica a los dispositivos tradicionales que funcionan con baterías, reduciendo significativamente la dependencia de la batería y los desechos electrónicos. La alta pureza del color y la decodificación óptica confiable permiten largos períodos de operación sin alimentación externa, activada y leída con cámaras o fotodiodos, lo que lo hace ideal para entornos con restricciones de energía, como zonas de desastre, infraestructura remota, exploración de aguas profundas y misiones espaciales. En los próximos cinco a diez años, se espera que esta innovación conduzca a redes de sensores de alta resolución sin baterías en pantallas, dispositivos portátiles y equipos de seguridad industrial.
