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Los sensores de posición mejorados con grafeno resuelven todos los problemas de la industria de una vez

Los sensores de posición del sector automovilístico representan un mercado de casi cuatro mil millones de dólares estadounidenses. Las formulaciones de tinta a base de grafeno desarrolladas en el marco del proyecto GrapheneSens pronto podrían reducir el coste de producción de estos sensores en un 45 % y, al mismo tiempo, alargar su vida útil.
Los sensores de posición mejorados con grafeno resuelven todos los problemas de la industria de una vez
¿El elevado coste de producción del grafeno supone que su potencial no pueda traducirse en beneficios reales para aplicaciones comerciales? Al fijarnos en un proyecto como GrapheneSens (Development of Graphene based Contact Position Sensors), podríamos caer en la tentación de decir que no.

Con el uso de recubrimientos de nanocompuestos a base de grafeno para la creación de nuevos sensores de posición, el proyecto ha logrado superar los tres principales inconvenientes de las soluciones actuales: unas características de desgaste deficientes que provocan la falta de fiabilidad a largo plazo; una precisión limitada a causa de la rugosidad superficial que provoca interferencias; y un coste elevado debido al uso de metales preciosos para fabricar el cursor del sensor.

En conjunto, el proyecto ha logrado crear una nueva unidad de potenciómetro con pistas resistivas serigrafiadas utilizando tintas a base de grafeno, un cabezal de cursor que combina un sustrato de bajo coste con un recubrimiento a base de grafeno, y un codificador base de cuarenta y ocho impulsos que utiliza, en particular, un recubrimiento aislante a base de grafeno. Está destinado al mercado del automóvil y el mercado de las motocicletas, y algunas marcas prestigiosas ya están haciendo cola.

Pufinji Obene, director de Operaciones de Precision Varionic International y coordinador de GrapheneSens, nos guía a través de los resultados del proyecto y su potencial para cambiar el mercado de los sensores de posición.

¿Qué pretendían conseguir con este proyecto?

Mucha gente habla sobre el grafeno por sí solo y sus posibles usos, pero la verdad es que el grafeno es bastante caro para usarlo en su estado puro, lo que significa que los grandes avances que utilizan exclusivamente grafeno tenderán a producirse únicamente en los laboratorios.

Pero también sabemos que el grafeno tiene unas propiedades increíbles, ya sea en cuanto a conductividad eléctrica, resistencia mecánica o suavidad. Así que pensamos, ¿por qué no estudiar un sistema para una aplicación específica, usando una capa de grafeno puro y transformándola en una formulación de tinta, y finalmente ver la diferencia entre la misma aplicación con y sin grafeno?

GrapheneSens se centró en el grafeno para sensores con contacto en el sector automovilístico, pero nuestra investigación puede descubrir aplicaciones para sensores de posición de todos los tipos.

¿Qué valor añadido esperaban que el grafeno aportara a esos productos?

Fundamentalmente, se trataba de la durabilidad, en especial respecto a los sensores con grafeno para antenas, pedales del acelerador, codificadores, motores e incluso robótica.

Un pedal del acelerador, por ejemplo, requiere tintas de larga duración con especificaciones que prevean dos millones de ciclos, y pruebas que hacen que el sistema pase por hasta siete millones de ciclos. La pregunta es: ¿se puede usar el grafeno para mejorar la vida útil de este producto? Si la respuesta es afirmativa, entonces, añadir solamente un 1 % o un 2 % de grafeno a una formulación de tinta —el cual es un porcentaje muy pequeño— puede marcar una gran diferencia económica.

¿Los vehículos sin conductor serían también una posible aplicación?

Sí. Los vehículos sin conductor utilizan radomos para proteger los radares, pero tienden a congelarse y, por lo tanto, no pueden recibir la señal. Así que uno de los proyectos en los que estamos trabajando con uno de nuestros clientes es el uso de nuestra solución como elemento calefactor. Recubrimos la poliamida con una tinta de grafeno de viscosidad baja que tiene muy buena adherencia al sustrato y conductividad alta, por lo que puede calentar el radomo con muy poca energía.

Hemos mencionado la durabilidad como una gran ventaja, pero ¿qué hay del coste?

Volviendo al tema de nuestros sensores de posición con contacto, una ventaja a nuestro favor es el hecho de que podemos utilizar nuestro grafeno para recubrir el cursor del potenciómetro. Normalmente, un cursor estaría hecho de un metal muy precioso como el Paliney, que es muy costoso. Pero si se utiliza un material más barato y se recubre con nuestro sistema de grafeno, podemos obtener un cursor mucho más barato (entre cinco y diez veces más barato) que el que tendríamos con el Paliney.

De hecho, podemos usar el grafeno tanto en la punta del cursor más económico como para el circuito conductor del potenciómetro. Esta interfaz de grafeno a grafeno nos permite conseguir un equilibrio perfecto entre las características de desgaste del cursor y las propiedades eléctricas de la tinta.

¿Han podido cuantificar los beneficios de este sistema?

Hemos realizado una comparación entre productos con y sin grafeno, y los beneficios son enormes. Pudimos reducir a la mitad el grosor de la tinta impresa, y nuestra técnica Aerosol Assisted Ion Deposition (AAID) para recubrir el cursor más económico disminuye su coste en un 80 %. En general, logramos una reducción de costes del 45 % en la fabricación de sensores con contacto.

¿Cuáles son sus planes de comercialización?

Ya estamos fabricando prototipos para dos o tres proveedores de la industria automovilística solo en el campo de los cursores, y dos de ellos también están trabajando en la tinta de larga duración, pero eso es confidencial en términos de propiedad intelectual e industrial.

Algunos de nuestros clientes tienen problemas con los cursores y necesitan un nuevo producto lo antes posible. Ahora el reto es llegar a una escala de producción industrial y tendremos que optar por un proyecto del instrumento PYME fase 2 para conseguirlo.

También estamos contemplando otros mercados además del automovilístico, así que, en conjunto, esperamos tener algo en el mercado en un plazo de dos o tres años.

Mirando hacia atrás, ¿dirían que su proyecto es un ejemplo de lo que se puede lograr con el grafeno?

Creo que sí. Actualmente el mercado requiere aplicaciones del grafeno para situaciones de la vida real. No creo que el grafeno vaya a ser útil para la sociedad en su estado puro hasta que no podamos tomar una única capa de grafeno y colocarla en una placa base. Mientras tanto, deberíamos utilizar el grafeno como potenciador y centrarnos en la fabricación de productos prácticos. Eso es lo que hicimos con GrapheneSens.

Fuente: Entrevista de la revista de resultados research*eu n.º 70

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