Los microsensores inalámbricos han permitido nuevas formas de monitorear nuestro entorno al permitir a los usuarios medir espacios que antes estaban fuera de los límites de la investigación. como áreas tóxicas, componentes del vehículo, o áreas remotas del cuerpo humano. Investigadores sin embargo, se han visto obstaculizados por las mejoras limitadas en la calidad de los datos y la sensibilidad de estos dispositivos que surgen de los desafíos asociados con los entornos en los que operan y la necesidad de sensores con huellas extremadamente pequeñas.

Un nuevo artículo publicado hoy en Electrónica de la naturaleza por investigadores del Advanced Science Research Center (ASRC) en el Graduate Center de la City University of New York, Universidad Estatal de Wayne, y la Universidad Tecnológica de Michigan, explica cómo se pueden construir nuevos dispositivos con capacidades mucho más allá de las de los sensores convencionales tomando prestados conceptos de la mecánica cuántica.

El equipo, dirigido por Andrea Alù, director de la Iniciativa Fotónica de la ASRC y profesor de Física Einstein en The Graduate Center, y Pai-Yen Chen, profesor de la Universidad Estatal de Wayne, desarrolló una nueva técnica para diseñar microsensores que permite una sensibilidad significativamente mejorada y una huella muy pequeña. Su método implica el uso de escalado recíproco de paridad-tiempo-isospectral, o simetría PTX, para diseñar los circuitos electrónicos. Un 'lector' está emparejado con un microsensor pasivo que cumple con esta simetría PTX. El par logra lecturas de radiofrecuencia altamente sensibles.

"En el impulso de miniaturizar los sensores para mejorar su resolución y habilitar redes a gran escala de dispositivos de detección, mejorar la sensibilidad de los microsensores es crucial, ", Dijo Alù." Nuestro enfoque aborda esta necesidad mediante la introducción de una condición de simetría generalizada que permite lecturas de alta calidad en una huella miniaturizada ".

El trabajo se basa en avances recientes en el área de la mecánica cuántica y la óptica, que han demostrado que los sistemas simétricos bajo inversión de espacio y tiempo, o paridad-tiempo (PT) simétrico, puede ofrecer ventajas para el diseño de sensores. El artículo generaliza esta propiedad a una clase más amplia de dispositivos que satisfacen una forma más general de simetría:la simetría PTX. Este tipo de simetría, es particularmente adecuado para mantener una alta sensibilidad, al tiempo que reduce drásticamente la huella.

Los investigadores pudieron mostrar este fenómeno en un sistema de sensores telemétricos basado en un circuito electrónico de radiofrecuencia, que exhibió una resolución y sensibilidad drásticamente mejoradas en comparación con los sensores convencionales. Los sensores de presión inalámbricos basados ​​en microelectromecánicos (MEMS) comparten las ventajas de sensibilidad de los dispositivos simétricos de PT anteriores, pero de manera crucial, la condición de simetría generalizada permite tanto la miniaturización del dispositivo como una realización eficiente a bajas frecuencias dentro de un circuito electrónico compacto.

Este nuevo enfoque puede permitir a los investigadores superar los desafíos actuales en el despliegue de redes ubicuas de larga duración, microsensores discretos para monitorear grandes áreas. En la era del Internet de las cosas y los macrodatos, tales redes son útiles para la salud inalámbrica, ciudades inteligentes, y sistemas ciberfísicos que recopilan y almacenan dinámicamente grandes cantidades de información para un eventual análisis.

"El desarrollo de microsensores inalámbricos con alta sensibilidad es uno de los principales desafíos para usos prácticos en bioimplantes, electrónica portátil, Internet de las Cosas, y sistemas ciberfísicos, ", Dijo Chen." Si bien ha habido un progreso continuo en los sensores micromecanizados en miniatura, los fundamentos de la técnica de lectura telemétrica permanecen esencialmente sin cambios desde su invención. Este nuevo enfoque de telemetría hará posible el objetivo tan buscado de detectar con éxito una pequeña actuación física o química de los microsensores sin contacto ".