Accidentes de gas como fugas de gas tóxico en fábricas, fuga de monóxido de carbono de las calderas, o la asfixia por gases tóxicos durante la limpieza de las alcantarillas continúan cobrando vidas y causando lesiones. Desarrollar un sensor que pueda detectar rápidamente gases tóxicos o bioquímicos sigue siendo un tema importante en la salud pública. monitoreo ambiental, y sectores militares. Recientemente, un equipo de investigación de POSTECH ha desarrollado un sensor de holograma portátil ultracompacto que notifica inmediatamente al usuario de la detección de gas volátil.

Un equipo de investigación conjunto dirigido por el profesor Junsuk Rho de los departamentos de ingeniería mecánica y química y el Dr. Inki Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica con el profesor Young-Ki Kim y Ph.D. El candidato Won-Sik Kim del Departamento de Ingeniería Química de POSTECH ha integrado una metasuperficie con un modulador óptico de cristal líquido reactivo al gas para desarrollar un sensor que proporciona una alarma holográfica visual inmediata cuando se detectan gases nocivos. Los hallazgos de este estudio se publicaron en Avances de la ciencia el 7 de abril 2021.

Para quienes trabajan en entornos peligrosos como plantas petroquímicas, Los sensores de gas son vida. Sin embargo, Los dispositivos de detección de gas convencionales no se utilizan ampliamente debido a su alto costo de fabricación con máquinas y dispositivos electrónicos complejos. Además, Los sensores de gas comerciales tienen limitaciones porque son difíciles de usar, y tienen poca portabilidad y velocidad de reacción.

Para resolver estos problemas, el equipo de investigación utilizó la metasuperficie, bien conocido como un dispositivo óptico futuro conocido por tener el efecto de capa invisible al hacer desaparecer los objetos visibles controlando el índice de refracción de la luz. Metasurface se utiliza especialmente para transmitir hologramas bidireccionales o imágenes de vídeo en 3-D controlando libremente la luz.

Usando la metasuperficie, el equipo de investigación desarrolló un sensor de gas que puede hacer flotar una alarma de imagen holográfica en el espacio en solo unos segundos usando el control de polarización de la luz transmitida que se transforma debido al cambio en la orientación de las moléculas de cristal líquido en la capa de cristal líquido dentro del dispositivo sensor cuando se expone al gas. Es más, este sensor de gas desarrollado por el equipo de investigación no requiere soporte de dispositivos mecánicos o electrónicos externos, a diferencia de otros sensores de gas comerciales convencionales. Los investigadores utilizaron alcohol isopropílico como gas peligroso objetivo, conocida como sustancia tóxica que puede causar dolor de estómago, dolor de cabeza, mareo, e incluso leucemia.

Se confirmó que el sensor recientemente desarrollado detectaba incluso la mínima cantidad de gas de aproximadamente 200 ppm. En un experimento real con un marcador de pizarra, una fuente de gas volátil en nuestra vida diaria, una alarma holográfica visual apareció instantáneamente en el momento en que se llevó el marcador al sensor.

Es más, El equipo de investigación desarrolló un método de impresión nanocompuesto de un solo paso para producir este sensor de gas flexible y portátil. La estructura de la metasuperficie, que se procesó previamente sobre un sustrato duro, fue diseñado para permitir una producción rápida con un proceso de nanocasting de un solo paso sobre un sustrato curvo o flexible.

Cuando el sensor flexible fabricado con este método se adhiere como una pegatina en las gafas de seguridad, puede detectar gas y mostrar una alarma de holograma. Se prevé que sea integrable con los sistemas de visualización AR de tipo vidrio que se están desarrollando en Apple. Samsung, Google, y Facebook.

Dando un paso más, el equipo de investigación está desarrollando un sensor ambiental de alto rendimiento que puede mostrar el tipo y nivel de concentración de gases o bioquímicos en los alrededores con una alarma holográfica, y está estudiando técnicas de diseño óptico que pueden codificar varias imágenes holográficas. Si estos estudios tienen éxito, se pueden utilizar para reducir los accidentes causados ​​por fugas bioquímicas o de gas.

"Este sensor de gas portátil ultracompacto de nuevo desarrollo proporciona una alarma visual holográfica más intuitiva que las alarmas de luz simples o auditivas convencionales, ", comentó el profesor Junsuk Rho." Se prevé que sea especialmente eficaz en entornos de trabajo más extremos donde el ruido acústico y visual es intenso ".