Un sensor es cualquier dispositivo que mide un evento o cambio en un entorno y lo transforma en una señal electrónica que se puede leer y calcular.
Por ejemplo, un sensor puede tomar parámetros físicos como la humedad, la velocidad o la temperatura (por nombrar solo algunos) y hacer que esos datos sean legibles por una computadora u otro dispositivo. Toma una entrada, que puede ser casi cualquier cosa, y la convierte en una salida que nuestra electrónica puede entender. O dicho de otro modo, un sensor puede detectar un aspecto del entorno físico y convertirlo en información útil.
Créditos de la imagen: Jorge Ramírez.
Sensores, sensores por todas partes ahora también en tamaño XS
Vivimos en un mundo de sensores. Desde los botones táctiles de los ascensores hasta los termómetros de nuestros hogares, están por todas partes. Nuestros teléfonos inteligentes, por ejemplo, están equipados con una serie de sensores de alto rendimiento. Cada vez que vuelas un avión, hay todo un arsenal allí, diciéndole al piloto todo sobre la presión del aire, la velocidad, la inclinación, cualquier cosa que realmente pueda ayudar a volar el avión.
Mira a tu alrededor (incluso ignorando el dispositivo en el que estás leyendo esto): ¿cuántos sensores puedes ver a tu alrededor?
A primera vista, puede pensar que no hay demasiados. Pero mira más profundo. ¿Estás en un auto o hay autos a tu alrededor? Obviamente, los automóviles tienen una gran cantidad de sensores, incluso los más antiguos. El transporte público en muchos lugares está equipado con sensores. El termostato dentro del edificio lo has adivinado, también un sensor. De hecho, probablemente sea seguro decir que, a menos que estés leyendo esto mientras acampas en medio de la nada, probablemente estés rodeado de sensores que ni siquiera notas.
No siempre fue así. Los sensores solían ser grandes, voluminosos y caros. Ahora, son pequeños y fáciles de transportar. Los investigadores e ingenieros no solo están mirando qué tan bien funciona el sensor, sino que están mirando su consumo de energía, los materiales necesarios, la robustez y el costo. La micro y nanotecnología y los nuevos materiales están haciendo que los sensores sean más pequeños, más inteligentes y más adaptados. Como resultado, observamos la aplicación de sensores en muchos campos nuevos y emocionantes. Por ejemplo, algunos sensores ahora se pueden usar como dispositivos médicos, ya sea como dispositivos portátiles (para detectar cosas como niveles de glucosa o insulina) o incluso dentro del cuerpo humano.
Pero antes de dejarnos llevar demasiado, veamos cómo funcionan realmente los sensores.
Cómo funcionan los sensores
Un sensor de presión digital.
Primero comienza con algo que desea sentir la cantidad que está midiendo. El cuerpo humano, por ejemplo, es excelente para detectar la luz (con los ojos), los olores (con la nariz) y los sabores (con la boca). En esencia, nuestro cuerpo está equipado con un conjunto de sensores, pero cada uno lleva a cabo una tarea específica.
De manera similar, si desea construir un sensor electrónico, primero debe pensar en lo que desea medir o detectar. Digamos que quieres construir un sensor de luz. Necesitas un instrumento para transformar la luz en una señal eléctrica. Ese instrumento se llama fotodiodo y hace exactamente lo que tú quieres que haga: convierte la energía de la luz en corriente eléctrica. Pero profundicemos un poco más: ¿cómo hace esto el fotodiodo?
Sin entrar en demasiados tecnicismos, los fotodiodos se construyen a partir de materiales específicos y cuando los fotones golpean la superficie de estos materiales, crean algo llamado efecto fotoeléctrico, que interrumpe la configuración de energía previamente estable del material. Esto puede generar una señal eléctrica que luego se recoge (y, a veces, se amplifica) para que el sistema pueda leerla.
Si desea construir un sensor de movimiento, necesita diferentes tipos de materiales que puedan producir pequeñas cantidades de corriente cuando se mueven o distorsionan. El resto del mecanismo es el mismo.
Un ejemplo de un sensor (casi) portátil que rastrea el alcohol en el cuerpo. Créditos de la imagen: UC San Diego.
Entonces, en esencia, los sensores generalmente funcionan de manera similar: necesita algo (como un fotodiodo) que pueda transformar la entrada deseada en una corriente eléctrica. Luego recoge esa corriente eléctrica, la amplifica si es necesario y la pasa a su computadora.
Un buen sensor debe tener la capacidad de decir la corriente con mucha precisión. Por ejemplo, si la luz aumenta ligeramente, también lo hará la corriente producida por el fotodiodo, y el sensor debe poder decirlo. Cuanto mejor sea la capacidad, mejor será la sensibilidad. Pero los sensores también deben poder resistir las vibraciones y los cambios de temperatura, que a menudo afectan la calidad de la salida.
Tipos de sensores
Créditos de la imagen: Jorge Ramírez.
Los sensores se pueden clasificar en función de varios aspectos diferentes. Por ejemplo, los sensores pueden ser:
- activo (que requiere una señal externa); o
- pasivos (que funcionan sin ninguna señal externa).
Los sensores también pueden ser:
- analógico (produce una salida analógica, es decir, una señal continua); o
- digitales (que funcionan con datos digitales discretos).
Sin embargo, lo más común es que los sensores se clasifiquen según la propiedad física que miden. Aquí hay unos ejemplos:
- los sensores de luz (que ya hemos discutido) se usan en todas partes, incluso en los teléfonos;
- sensores de movimiento;
- sensores de proximidad, que pueden utilizar diferentes métodos físicos, como ópticos con láser, ultrasónicos, capacitivos, etc.;
- sensores de temperatura;
- sensores químicos, que pueden funcionar para varios tipos de sustancias químicas, como alcohol, humo o gas, por ejemplo;
- sensores de humedad (excelente para la agricultura);
- sensores de inclinación
El mundo de los sensores nunca ha sido tan activo y diversificado, por lo que ahora muchos creen que los sensores marcarán el comienzo de un nuevo tipo de revolución tecnológica.
Internet de las cosas y más allá
Los sensores ya no se usan solo en ingeniería en medicina y biotecnología, son herramientas importantes que miden procesos biológicos o físicos. La ciencia ambiental tal como la conocemos hoy en día no existiría sin sensores precisos, y prácticamente todos los campos que necesitan información física usan sensores para obtenerla. Todo objeto inteligente es inteligente gracias a sus sensores, y cuanto más miramos a nuestro alrededor, más objetos se vuelven inteligentes .
Es posible que haya oído hablar de Internet de las cosas (o IoT), la idea de tener objetos a nuestro alrededor conectados en una red similar a Internet. Esto significaría que las cosas estarían integradas con sensores y software, y podrían comunicarse entre sí. Por ejemplo, una casa inteligente es un gran ejemplo de cómo funcionaría IoT: su termostato inteligente encendería la calefacción automáticamente una vez que la temperatura caiga por debajo de cierto valor, o, digamos, 30 minutos antes de salir del trabajo, para que su hogar sea agradable y acogedor cuando llegas. La iluminación tendría sensores para detectar y apagar automáticamente cuando no se usa, y los detectores de humo/gas trabajarían constantemente en segundo plano.
Por supuesto, el hogar inteligente no es la única idea del IoT. Los automóviles sin conductor también deberían estar conectados a IoT para que no choquen entre sí y mantengan a los conductores seguros. Prácticamente todo lo que se beneficia de la automatización, desde la medicina hasta la tecnología de punta, podría beneficiarse de un enfoque de IoT. Pero para que todas estas cosas futuristas funcionen, necesita sensores precisos, robustos y conectados.
Nuestro mundo está lleno de sensores, y es poco probable que cambie pronto. En todo caso, podemos esperar que los sensores desempeñen un papel aún más importante en nuestras vidas.
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