Agencia FAPESP ( Brasil )
La fibra óptica es una estructura maciza de vidrio compuesta por una parte externa, la cáscara, y una interna, el núcleo. Comúnmente es usada en telecomunicaciones para transmitir un haz de luz de un punto a otro con mínimo de pérdida en el trayecto. Esas fibras pueden tener también otras aplicaciones como la detección de gases. Sin embargo, para ser utilizada en esta área es necesario reducir su tamaño, lo que la torna más fina y muy frágil.
Pensando en proteger las fibras ópticas en situaciones de adelgazamiento, por ejemplo, en contextos de detección de gases, un grupo de cinco investigadores del Instituto de Física Gleb Wataghin de la Universidad Estadual de Campinas (IFGW-Unicamp) desarrolló un dispositivo para encapsular el material y darle más robustez.
“Ese encapsulado actúa para reducir la fragilidad de la fibra, insertándola dentro de una cápsula permeable al gas que se quiere medir”, explicó a la Agencia de Innovación de la Unicamp (Inova) uno de los inventores, el estudiante de posdoctorado en física Jonas Henrique Osório, quien es becario de la FAPESP.
La cápsula está hecha de material polimérico e impresa en una impresora 3D. Según el investigador, por tratarse de estructuras de uso comercial, el invento se ha vuelto barato y de fácil acceso. “Son materiales muy baratos. La fibra óptica se produce en kilómetros por día, cuesta centavos el metro”, comenta.
Además de la rentabilidad, otra ventaja del estudio es que los investigadores también desarrollaron el método de encapsulación, que consiste en un proceso de pegado de la fibra dentro de la estructura, lo que facilitaría las cosas a la industria, que ya podría adquirir la materia completa.
El trabajo de encapsulado con impresora 3D en fibras ópticas afinadas es el primero que se realiza en la zona. El dispositivo aún no está disponible en el mercado, pero la tecnología puede ser licenciada por empresas interesadas en desarrollar un producto.
“Al final, lo que tienes es un pequeño ladrillo con una fibra adentro. Si alguien quiere usar eso, no necesita tener todo un entrenamiento de laboratorio sobre cómo tratar con una fibra tan fina, no necesita ser una persona experimentada”, señala Osório.
Además del investigador, el estudio contó con la participación del profesor Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro y de los estudiantes de iniciación científica Kaleb Roncatti de Souza y Beatriz Mota Lima, además de la doctora Juliana Barros Carvalho.
Los resultados de la investigación, financiada por la FAPESP, fueron publicados en la revista Photonic Sensors. La tecnología fue analizada y protegida por Inova Unicamp, con patente registrada en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI) y está disponible en la Cartera de Patentes de Unicamp.
Adelgazamiento de la fibra
Para que las fibras ópticas puedan usarse en la detección de gases, es necesario realizar un procesamiento posterior en el que se adelgaza la fibra, reduciendo su tamaño de 125 micrómetros de diámetro a, típicamente, 1 a 3 micrómetros. Estas fibras adelgazadas se llaman, en inglés, taperes. “Es mucho más delgado que un cabello, lo que lo hace muy útil, pero frágil”, comentó la investigadora.
Este proceso se realiza porque, a diferencia de las telecomunicaciones, en las que el objetivo es no tener perturbaciones en el camino de la luz, el uso para medir gas requiere que esta luz interactúe con el ambiente externo precisamente para captar lo que está alrededor.
“En la detección, es deseable que su fibra 'vea' el exterior, que sea sensible a algún parámetro de interés y que lo reconozca en la respuesta óptica de la fibra. Pero de forma controlada, porque si es sensible a todo, si vibra, si cambia la temperatura, puede confundir lo que está pasando. Entonces, uno de los extremos de la fibra está conectado a una fuente óptica, que puede ser un láser o un LED, y en el otro lado hay un dispositivo de medición, como un fotodetector”, explica Osório.
Sin embargo, aunque es necesario, el proceso de adelgazamiento de las fibras las hace vulnerables a la degradación por numerosos factores, incluida la humedad. Según explica el investigador, si la fibra “desnuda” se coloca en un ambiente muy húmedo, las gotas de agua se le pegarán y degradarán la señal muy rápidamente. Con la cápsula, el agua no llegará directamente a la fibra o se reducirá su acceso. Además, debido a que esta humedad es menor, si la fibra deja de funcionar, es posible realizar algún tipo de procedimiento para que esta agua se evapore y el sistema vuelva a funcionar.
Adaptabilidad
La investigación, durante su año de desarrollo, también encontró una manera de adaptar la cápsula para diferentes propósitos. “Esta cápsula puede ser completamente sólida, si no se quiere que se vea nada desde el exterior, o porosa para permitir la entrada del gas, manteniendo la robustez del sistema”, comenta Osório. Con esto, los interesados en utilizar el material pueden imprimir la cápsula con poros más grandes o más pequeños, para controlar la medida.
Otra ventaja de la adaptación, según el investigador, es que la fibra dentro de la cápsula no necesariamente tiene que ser cónica y la aplicación no necesariamente tiene que estar restringida a la detección de gases. Si alguien está interesado en hacer detección biológica, por ejemplo, eventualmente sería posible usar otro tipo de fibra óptica que tenga este tipo de funcionalidad.
La tecnología de encapsulamiento de fibra óptica forma parte de la Cartera de Tecnología de la Unicamp y puede ser licenciada por empresas públicas, privadas y otros institutos de investigación para aplicaciones comerciales y científicas y desarrollo posterior.
El contacto y la negociación se realizan directamente con Inova Unicamp a través del formulario de Prospección o Licenciamiento.
El artículo “Tecnología de impresión 3D para protección de fibra óptica cónica con posibilidades de detección de gas” se puede leer en: https://link.springer.com/article/10.1007/s13320-020-0592-3.