Informes meteorológicos de última generación: sensores versátiles, flexibles y económicos

¿Alguna vez te has visto atrapado en un aguacero torrencial inesperado? Los sistemas de pronóstico del tiempo siempre han intentado anticiparse a los eventos meteorológicos adversos. Sin embargo, estos sistemas dependen en gran medida de equipos voluminosos, estacionarios y costosos, como el radar meteorológico, lo que impide las actualizaciones oportunas de las condiciones climáticas locales para uso personal. Al abordar esta brecha en el conocimiento y la practicidad, un equipo de investigación de la Universidad Metropolitana de Osaka y la Universidad de Tokio desarrollaron una hoja de sensor liviana y acoplable que presenta un sensor resistivo flexible y un análisis informático de reservorio.

Este único dispositivo permite la medición simultánea en tiempo real del volumen de las gotas de lluvia y la velocidad del viento, y proporciona información meteorológica cuando se conecta a paraguas, automóviles o casas. El líder de investigación, el profesor Kuniharu Takei de la Universidad Metropolitana de Osaka, señaló: «Los hallazgos abren un enfoque económico prometedor para los informes meteorológicos, lo que contribuye a la preparación para desastres y a una mayor seguridad de la comunidad».

Para determinar el volumen de lluvia, el sensor mide la resistencia eléctrica generada cuando una gota de lluvia golpea su superficie. Está protegido por una lámina de silicona superhidrofóbica de polidimetilsiloxano (PDMS), que se infunde con grafeno y luego se procesa con un láser. La silicona superhidrofóbica repele las gotas de agua, lo que garantiza la durabilidad y estabilidad del sensor. El texturizado láser permite el control y la medición constantes del comportamiento de las gotas de agua, ya sea que permanezcan, se deslicen, reboten o se partan en la superficie del sensor.

El sensor se puede fijar fácilmente a una amplia gama de superficies y sigue funcionando cuando está plano o doblado. Las pruebas de cambios en las estimaciones del volumen de lluvia con el sensor montado en varios ángulos no mostraron diferencias significativas, lo que sugiere que el sensor se puede conectar a artículos que se llevan a mano, como paraguas. Si se adopta ampliamente, sería posible obtener datos masivos que permitan el desarrollo de mapas meteorológicos locales en tiempo real.

La velocidad del viento tiene un efecto significativo en el comportamiento de las gotas de agua, lo que indica la necesidad de medir la velocidad del viento al mismo tiempo que el volumen de las gotas de lluvia. Convencionalmente, la medición de múltiples piezas de datos meteorológicos requiere múltiples sensores, lo que aumenta el consumo de energía. Yendo más allá de esta práctica tradicional, los investigadores hicieron uso de un algoritmo de aprendizaje automático llamado cómputo de reservorios (RC) para analizar los datos de salida. Los cambios en las condiciones de lluvia y viento dieron como resultado cambios de resistencia, que fueron detectados por el sensor y luego registrados como datos de series temporales. Dichos datos se usaron para entrenar la máquina, que predijo el patrón y reportó el volumen de lluvia y la velocidad del viento como información de salida.

Aunque todavía queda mucho trabajo por hacer para mejorar aún más su precisión, se espera que el sensor sea un pilar de la próxima generación de sensores meteorológicos. El estudio, publicado en Materiales avanzados, avanza en los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas sobre infraestructura resiliente, ciudades sostenibles y acción climática. «Creemos que este dispositivo puede contribuir a hacer realidad la sociedad definitiva del Internet de las cosas, que es segura, cómoda y libre de desastres», concluyó el profesor Takei, «y nos gustaría participar activamente en la industria, el gobierno y la academia. colaboración que promueve tales aplicaciones prácticas».

Proporcionado por la Universidad Metropolitana de Osaka