Sensorización sin alimentación

Las redes de sensores inalámbricos (Wireless Sensor Networks o WSN en inglés) presentan un gran potencial en aplicaciones industriales y comerciales. Los continuos avances en materia hardware y en redes inalámbricas han hecho posible la miniaturización de dispositivos para la monitorización, creando ambientes inteligentes donde las redes de sensores inalámbricas juegan un papel importante para la captación y distribución de la información obtenida a partir de un fenómeno ambiental.

Pese al gran potencial que presenta este tipo de redes en la industria, el problema de suministrar energía a los nodos sensores ha dificultado su desarrollo comercial. El uso de nodos dotados de baterías proporciona energía limitada, reduciendo la fiabilidad de las WSN. El grupo de investigación de Teoría de la Señal y Comunicacionesde la Universidad de Mondragón está trabajando en el desarrollo e investigación de redes inalámbricas en entornos hostiles en las que los nodos sensores son alimentados de manera inalámbrica. Desde 2008 hasta ahora, la tecnología inalámbrica de carga se ha desarrollado rápidamente, y muchas empresas han lanzado productos comerciales en el mercado. Por ejemplo, un nuevo y prometedor sistema presentado por la Universidad de Stanford en California es capaz de utilizar la energía de un teléfono móvil para transmitir energía a diferentes aparatos electrónicos médicos como marcapasos o estimuladores de nervios.

Otro ejemplo lo encontramos en los sensores de onda acústica (Acoustic Wave Sensors (AWS)). Estos sensores son elementos pasivos, que no necesitan baterías, capaces de realizar medidas de forma inalámbrica. Es por ello por lo que están siendo cada vez más empleados en aplicaciones en entornos hostiles o de difícil acceso como la industria aeroespacial, la automoción o la ingeniería biomédica.

Los AWS utilizan un material piezoeléctrico, tal como cristal de cuarzo, para generar y medir ondas acústicas. Entre los sensores AWS caben destacar los basados en ondas superficiales o de Rayleigh, conocidos como sensores Surface Acoustic Wave (SAW). Los dispositivos de onda acústica no son nuevos y están en uso comercial desde hace más de 60 años. En la década de 1970, fueron desarrollados para radares de compresión de pulsos, osciladores y filtros pasabanda para televisores domésticos y equipos profesionales de radio.

Un dispositivo SAW básico consiste en dos arrays de transductores interdigitales (IDT) situados sobre un sustrato piezoeléctrico tal como el cuarzo. Los IDT consisten en electrodos metálicos intercalados que se emplean para emitir y recibir las ondas, de modo que una señal eléctrica se convierte en una onda acústica y luego nuevamente en una señal eléctrica. A la inversa, si se aplica una tensión mecánica, por ejemplo debida al esfuerzo, se puede generar un campo eléctrico y por lo tanto una señal.

Existen muchas aplicaciones de ingeniería para los dispositivos de onda acústica. Por ejemplo, sensores de torque y de presión de neumáticos para aplicaciones automotrices, sensores químicos para aplicaciones médicas y de seguridad, así como sensores de torque, vapor, humedad, temperatura y masa para aplicaciones industriales. Se cree que varias de estas aplicaciones de sensores emergentes pueden finalmente igualar la demanda del mercado de telecomunicaciones.