El Instituto Nacional de Investigación para el Desarrollo (IRD) de Francia desarrolla un sensor de contaminación del agua, simple y de alto rendimiento mediante el uso de Form3. Gracias a la integración de Formlabs 3 y a su amplia gama de resinas, investigadores desarrollan una alternativa para el monitoreo ambiental, dando como resultado una sonda impermeable que incorpora tanto un sensor químico, componentes electrónicos, un módulo Bluetooth y las baterías necesarias para su alimentación.
La misión del IRD de Francia (Instituto Nacional de Investigación para el Desarrollo) es desarrollar soluciones alternativas de bajo costo para el monitoreo ambiental en colaboración con ONG e investigadores. Estas soluciones deben basarse en técnicas de “bajo costo” para posibilitar la fabricación de nuevos prototipos de sensores con herramientas disponibles comercialmente, simples y rápidas de implementar. Institut de Recherche pour le Développement – IRD es una institución pública bajo la doble supervisión de los Ministerios de Educación Superior, Investigación e Innovación y Europa y Asuntos Exteriores. Combina investigación, experiencia, capacitación e intercambio de conocimientos en beneficio de territorios y países que hacen de la ciencia y la innovación una de las primeras palancas de su desarrollo. El instituto trabaja principalmente en asociación con países mediterráneos e intertropicales en temas relacionados con el impacto de la contaminación en los ambientes naturales.
Medición de contaminantes en el agua
La medición de contaminantes en el agua, especialmente mercurio, es muy complicada; las concentraciones son extremadamente bajas, por lo que es necesario utilizar laboratorios especializados para el muestreo y análisis. Para este proyecto, el objetivo del IRD fue desarrollar una herramienta capaz de facilitar el muestreo, que sea simple de implementar y utilizable por los especialistas. Esta herramienta permitiría pasar de una observación “experta” a una observación participativa, lo que significa involucrar a los vecinos para una verdadera red de observación ciudadana.
El equipo a cargo de este proyecto, compuesto por David Point, investigador del IRD experto del ciclo del mercurio, y Anthony Gautier, ingeniero consultor en sistemas, tuvieron la idea de una sonda electrónica encapsulada en una carcasa impermeable.
“Un sistema de sensores electrónicos aísla y concentra el mercurio en el agua en pequeñas placas que luego se envían a un laboratorio analítico. Estos elementos electrónicos están protegidos del agua por una infraestructura mecánica, todo diseñado por Anthony”, dijo el Sr. Point.
Para lograr esta infraestructura mecánica, el Sr. Gautier utilizó primero una impresora FDM. Pero estas pruebas originales no arrojaron resultados satisfactorios. “Tuvimos muchos problemas con la confiabilidad, tres cuartas partes de las piezas no funcionaron. Nuestra sonda debe poder soportar la presión del agua hasta 200 metros de profundidad. Sin embargo, con la tecnología FDM, encontramos microvacuolas (formación de vacuolas de grasa). Por efecto de la presión, estas microvacuolas se llenaban de agua y no se aseguraba la estanqueidad (Calidad de estanco)”, recuerda el Sr. Gautier. Ante esta observación, el equipo de IRD buscó otra tecnología de impresión 3D capaz de abordar esta limitación. Después de estudiar las diferentes soluciones disponibles en el mercado, el equipo eligió equipos de impresión 3D de estereolitografía (SLA) de Formlabs.
De la creación de prototipos a las pruebas de campo
Gracias a su impresora 3D Formlabs , Point y Gautier pudieron desarrollar un prototipo que cumplía con todas sus especificaciones: una sonda impermeable que incorpora tanto un sensor químico, componentes electrónicos, un módulo Bluetooth y las baterías necesarias para su alimentación. Este prototipo permitió al IRD ganar la convocatoria de proyectos «Agir pour la Ressource en Eau» (“Actuación por los recursos hídricos”) organizada por la empresa de servicios públicos con sede en Francia SUEZ para apoyar soluciones innovadoras para proteger el recurso hídrico.ç
El equipo ahora está trabajando en la producción de unas 15 copias de la sonda que estarán disponibles para que los usuarios las prueben en la naturaleza, lo que aumentará el volumen de datos recopilados y les permitirá verificar el manejo del dispositivo. Paralelamente, planean desarrollar una nueva versión más compacta, más pequeña y más fácil de manejar, para los probadores beta a fines de 2020.
“Los materiales funcionaron muy bien durante estas pruebas”, dijo el Sr. Point. “Finalmente decidimos utilizar varios tipos de resinas: el cuerpo principal, que debe resistir los golpes, está impreso en Resina Durable, mientras que las subcajas están impresas en Resinas Estándar en resoluciones más altas”, agregó el Sr. Gautier. Finalmente, los investigadores prueban la capacidad de las resinas para limitar el bio-llenado. “Un sensor sumergido en agua siempre acaba siendo colonizado por microorganismos que distorsionan las medidas”, explica el Sr. Point. “Por lo tanto, probaremos la resistencia de las resinas a este fenómeno, en particular frente al PVC que se usa actualmente para este tipo de sonda”.
El Sr. Gautier también continúa investigando nuevas soluciones propuestas por Formlabs. La Form 3L , en particular, permitiría al equipo imprimir más piezas a la vez y simplificar los procesos de posprocesamiento; y la nueva Elastic Resin, que tiene propiedades similares a la silicona, puede contribuir a la reducción de vibraciones.
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