Los nuevos sensores detectan explosivos y partículas de virus a nivel de parte por cuatrillón

A menudo se nos recuerda cómo nuestra salud y seguridad están expuestas a las amenazas de la naturaleza o de aquellos que desean hacernos daño.

Nuevo sensores desarrollados por el profesor Otto Gregory de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Rhode Island y un estudiante de doctorado en ingeniería química Peter Ricci, son tan poderosos que pueden detectar amenazas a nivel molecular, ya sea explosivos, partículas de virus potencialmente mortales o drogas ilegales que ingresan al país.

“Es una tecnología que potencialmente puede salvar vidas”, dijo Gregory. “Detectamos cosas a nivel de parte por cuatrillón. Es realmente la detección de una sola molécula “.

Amplias aplicaciones

Debido a que los sensores Gregory son tan pequeños y tan potentes, existe una amplia gama de aplicaciones.

“La plataforma es amplia, por lo que se puede utilizar en muchos lugares diferentes, con muchos usuarios finales diferentes”, dijo Gregory.

Si bien su investigación está financiada en gran parte por el Departamento de Seguridad Nacional, otros agencias gubernamentales notó los sensores de Gregory.

El Departamento de Defensa puede estar interesado en usarlo para monitorear las heridas de los soldados y detectar bordes de carreteras improvisados. artefactos explosivos (Dispositivos IED).

Si un soldado o rescatador ha sufrido una herida abierta por metralla, los sensores de Gregory pueden ayudar a determinar si la herida está infectada.

“El peróxido de hidrógeno producido por el cuerpo humano para las heridas es un indicador de cuán buenos o malos son los antibióticos que combaten las heridas”, dijo Ricci. “Nuestro sensor podría usarse como un dispositivo portátil para detectar peróxido de una herida en partes por mil millones”.

En los juegos de baloncesto en el Miami Heat, se usaron perros para oler rastros de COVID-19 provenientes de los poros de la piel humana. En un artículo publicado en la revista NaturalezaGregory declaró que sus sensores podrían usarse para el mismo propósito.

“Cuando los perros lo detectan en la piel, nuestros sensores lo detectarían basándose en biomarcadores en la respiración humana”, dijo Ricci de West Warwick.

La Guardia Costera ha mostrado interés en utilizar esta tecnología para “detectar” drogas ilegales que ingresan de contrabando a los Estados Unidos a bordo de barcos.

Reducir la “nariz canina digital”

“Podemos hacer cualquier cosa que un perro pueda oler”, dijo Gregory. “Por eso lo llamamos Nariz de perro digital”.

Digital Dog Nose ha aparecido en programas como CBS This Morning en noviembre de 2019, pero lo que alguna vez fue el tamaño de una caja de herramientas se ha reducido a un cuarto del tamaño de un paquete de cigarrillos.

“Al reducir la masa térmica del sensor, hemos reducido la cantidad de energía requerida para operar el sensor”, dijo Gregory. “Empezamos con una masa térmica de gramos. Ahora la masa térmica de nuestro sensor está en el rango de microgramos ‘.

Una de las claves para hacer un dispositivo tan pequeño y eficiente como Gregory es encontrar la batería adecuada.

“Nos hemos asociado con ITN Energy Systems, que en Colorado produce baterías ultrafinas y de bajo peso”, dijo Gregory. “Fabrican baterías de litio que no son más gruesas que una hoja de papel. El proceso consistió en encontrar los socios adecuados, lo que nos ayuda a mejorar nuestros convertidores catalíticos y la plataforma de sensores “.

Aprobar el examen

En marzo de 2021, el Laboratorio de Investigación Naval trasladó su unidad de prueba móvil al campus de URI W. Alton Jones para probar los sensores de explosivos de Gregory y otros.

“Organizaron una prueba de campo al aire libre usando su cama de vapor”, dijo Ricci. “Pudieron seleccionar una partícula explosiva y enviarla al sistema de sensores. Sabiendo cuál era el nivel, querían ver cómo respondería nuestro sensor. Una de las pruebas fue a nivel de billones de acciones “.

Mantenerse un paso por delante

Cuando los malos desarrollan nuevos explosivos o nuevas formas de improvisar con explosivos existentes, los buenos intentan ir un paso por delante.

“El Departamento de Seguridad Nacional nos ha pedido que seamos lo suficientemente flexibles para anticiparnos y adaptarnos a las amenazas emergentes que pueden surgir años después”, dijo Gregory. “Podemos adaptar nuestros catalizadores a la molécula específica que actualmente es una amenaza. Esto es lo que hacemos con los biomarcadores. Eso es lo que hacemos con las drogas. La ventaja de esta plataforma es que es flexible “.

Un largo camino

Los sensores desarrollados por Gregory y Ricci se han probado y mejorado durante mucho tiempo. La investigación del profesor fue financiada originalmente hace 20 años por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), la agencia de investigación y desarrollo del Departamento de Defensa de EE. UU. Responsable del desarrollo de nuevas tecnologías para uso militar.

Después de dos años de financiación de DARPA, el ejército financió el proyecto durante un año. Desde entonces, el Departamento de Seguridad Nacional ha proporcionado fondos.

“En ese momento, esta investigación era muy innovadora y muy diferente”, dijo Gregory. “DARPA financia proyectos que involucran alto riesgo y alta recompensa. Hemos demostrado que el riesgo que tomaron en ese momento valió la pena “.

Michael Silevitch, el distinguido profesor de ingeniería Robert D. Black de la Northeastern University, ha estado trabajando con Gregory en su investigación durante más de 10 años.

“Es una tecnología revolucionaria”, dijo Silevitch. “El trabajo de Otto en detectores químicos ha evolucionado hasta tal punto que están listos para su uso en muchas aplicaciones, incluida la colocación de sus sensores en una plataforma basada en drones para ayudar a proteger objetivos blandos como escuelas, centros comerciales y lugares de culto”.

Dar nuevos pasos

Ahora que los sensores son muy pequeños y livianos, podrían conectarse a drones, lo que da lugar a muchas aplicaciones nuevas.

“Hablamos con compañías de drones sobre el uso de nuestros sensores en sus drones”, dijo Gregory. “Los drones necesitan fuentes de alimentación portátiles muy livianas y usted necesita conectarse a su comunicación inalámbrica. Este es un conjunto de condiciones de ingeniería muy diferente al uso de un brazo robótico que el ejército quiere usar para los artefactos explosivos improvisados ​​en las carreteras “.

Gregory y Ricci también están trabajando en conjuntos de sensores para distinguir un explosivo o una amenaza de otro.

“Necesitaremos una gama de sensores para detectar un explosivo específico en presencia de otros explosivos o precursores”, dijo Ricci. “Si hay una columna de tres explosivos diferentes, es posible que tengamos que identificar uno de los otros”.

Listo para usar

Ahora que los sensores han demostrado su eficacia, implementarlos en situaciones del mundo real es solo una cuestión de financiación.

“Nuestro sensor aún no es un producto comercial terminado, pero tenemos un socio potencial”, dijo Gregory. “Solo necesitamos que un cliente venga a la mesa y diga que hay un pedido de 1000 artículos. ¿Puedes entregarlos? ”