Alguns segundos de aviso seriam suficientes para mitigar a devastação de um terremoto iminente? Sensores minúsculos sendo desenvolvidos em um laboratório da Simon Fraser University podem ajudar a dar um alerta preventivo, o suficiente para proteger a infraestrutura crítica, como pontes ou linhas de energia, e potencialmente salvar vidas.

Pesquisadores do Laboratório de Detecção Inteligente do professor Behraad Bahreyni no campus de Surrey da SFU estão criando acelerômetros ultrassensíveis - microssistemas minúsculos (menos de 1 cm ² ) que são capazes de capturar as atividades sísmicas mais sensíveis.

“Quando acontece um terremoto, seu som, na forma de ondas de pressão sísmica, viaja mais rápido do que os movimentos terrestres destrutivos, "explica Bahrenyi." A sensibilidade desses dispositivos é tal que eles podem captar as ondas de pressão produzidas por um terremoto antes que ele aconteça. Isso poderia impactar o resultado de tal desastre. "

Bahrenyi diz que o alto custo dos sensores sísmicos existentes limita sua aplicação a muito poucos locais, anexado às principais peças de infraestrutura. "Alguns segundos a minutos de alerta ao público podem reduzir drasticamente o impacto negativo de um terremoto, tanto em termos de salvar vidas quanto de proteger a infraestrutura. "

O laboratório de Bahreyni começou a desenvolver seus acelerômetros como uma solução para tornar os sistemas de sonar subaquáticos mais compactos e econômicos. Os pesquisadores colaboraram com a Ultra Electronics Maritimes Systems, da Halifax, que forneceu financiamento para desenvolver sistemas de sonar para detecção de ameaças subaquáticas com melhores habilidades de defesa e segurança.

“Procuramos desenvolver mais barato, produtos mais compactos que atenderiam a requisitos rígidos de desempenho e que também poderiam determinar a direção, bem como a amplitude das ondas sonoras, "diz Bahreyni, professor associado da Escola de Engenharia de Sistemas Mecatrônicos (MSE) da SFU. Nas últimas duas décadas, ele desenvolveu sensores e sistemas de detecção para a academia e a indústria.

Bahreyni logo percebeu que o alto desempenho, acelerômetros microusinados sendo testados e desenvolvidos em seu laboratório podem ter aplicações adicionais na detecção de ondas sonoras. Isso se aplica aos sinais de pressão sísmica de baixa frequência de terremotos, ou padrões de vibração de alta frequência ao longo dos dutos, causado por sons diminutos de vazamentos de gás.

A pesquisa resultou em uma empresa start-up, axSense Technologies, que recebeu o prêmio BC Tech Association na competição de tecnologia New Ventures 2017 do BC Innovation Council.

Como funciona

Os dispositivos feitos pelo grupo de Bahreyni medem o quão minúscula 'massa sísmica' feita de silício é deslocada, devido a vibrações externas, usando eletrônica precisa.

Os números são estonteantes:em seu limite, o sensor mede deslocamentos de massa sísmica na ordem de 1/10, 000º do diâmetro de um átomo de hidrogênio.

O sensor pode detectar o som de uma baleia cantando a 60 milhas de distância. Para perceber a massa sísmica e a configuração para detectar seus deslocamentos, o grupo está usando as instalações de microfabricação avançadas do 4D LABS da SFU.

Os acelerômetros da empresa têm um nível de ruído 20 vezes melhor do que o que está disponível atualmente, e uma largura de banda quatro vezes melhor do que os produtos atuais. Bahreyni está confiante de que as métricas de desempenho inéditas atribuídas a esses acelerômetros têm o potencial de fazer axSense, e suas várias aplicações, líder de mercado.

O laboratório SFU é considerado o laboratório de pesquisa líder do Canadá com foco em materiais, dispositivos e sistemas para várias aplicações de detecção. Bahreyni diz que alcançar esses níveis de alto desempenho exigiu um design de precisão, e otimização de processo e sistema em todos os níveis, de materiais ao processamento de sinais.

"Tivemos que desenvolver novos métodos, apenas para testar os dispositivos, ", observa ele. Acelerômetros típicos medem até a" faixa de milli-g ". Bahreyni diz que, embora isso seja mais do que suficiente para as aplicações do dia a dia, está longe de ser o necessário para captar adequadamente um sinal de som, notando que seus acelerômetros medem cerca de "mil vezes" melhor do que a média dos dispositivos.

Ele credita sua equipe de alunos por contribuir com uma mecânica forte, eletrônico, e habilidades de design para projetar e testar dispositivos. A equipe do laboratório, que inclui o pesquisador pós-doutorado Soheil Azimi e Fatemeh Edalatfar, também está trabalhando para criar soluções para a interface homem-robô, incluindo sensores para ajudar os robôs a ver e seguir humanos sem a necessidade de câmeras de vídeo, nanodispositivos para monitoramento ambiental, e técnicas de aprendizado de máquina para melhorar os sinais do sensor.

Bahreyni, que é autor de mais de 100 publicações técnicas e possui cinco patentes, diz que seu laboratório continua a desenvolver pesquisas com parceiros da indústria automotiva, setores de defesa e telecomunicações. Ele espera comercializar seus acelerômetros nos próximos anos.