Da experimentação, uma patente: pesquisadores da física desenvolvem sensores com alta sensibilidade e resposta linear manipulável

Fruto da automação exacerbada, os sensores estão mais presentes em nosso cotidiano do que o celular, por exemplo, o que faz com que tipos deles se avolumem para atender as características de usos cada vez mais singulares. Pensando nisso, já em 2016, um grupo de cientistas da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) desenvolveu elementos sensores de alta sensibilidade e linearidade em baixos campos magnéticos. O resultado veio nesta terça-feira, 7, com a concessão da patente e o reconhecimento do Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) quanto ao ineditismo, atividade inventiva e aplicação industrial da tecnologia. 

Os sensores magnéticos têm uma infinidade de aplicações. Por exemplo, são acoplados a fresas e tornos de grandes empresas, além de amplamente utilizados em automóveis – há mais de 100 desempenhando diferentes funções nos carros. Dentre os inúmeros tipos existentes no mercado, os magnéticos são responsáveis por aproximadamente 10%.

Marcio Assolin Correa, um dos inventores envolvidos, explica que o princípio de funcionamento está baseado nos fenômenos de Magnetoimpedancia e Exchange Bias, fenômenos amplamente estudados no magnetismo e importantes para diferentes aplicações tecnológicas, como a memória magnética de acesso aleatório. “A produção de nanoestruturas magnéticas com a indução de Exchange Bias nos permitiu obter resultados únicos, com resposta linear em uma faixa de campo específica, o que é preferível para o desenvolvimento de sensores magnéticos. A finalização do dispositivo leva em conta a integração com a eletrônica de alta frequência e baixa potência”, pontua.

“No nosso caso, esta descoberta científica pode compor chips e microsistemas para aplicações como sensores de não-contato. Dentre os mais importantes, temos os de vibração em equipamento de alta rotação, onde motores devem ser monitorados constantemente, pois anomalias na vibração é indício de falha ou quebra do equipamento. Dessa forma, sensores com alta sensibilidade, como os estudados aqui, podem identificar estas anomalias evitando a quebra do equipamento e auxiliando em manutenções preventivas”, identifica o professor Edmilson Felix da Silva, do Departamento de Física Teórica e Experimental (DFTE) da UFRN.

O princípio de funcionamento dos sensores eletrônicos existentes no mercado está inteiramente baseado na modificação de propriedades físicas e químicas. Para os que usam o “princípio de funcionamento físico”, a variação de uma propriedade elétrica é a mais utilizada, como a resistência, a corrente induzida ou a voltagem induzida. Estes são utilizados nas mais diversas áreas da indústria para medir pressão, temperatura, umidade e vibração, dentre outros.

Quando sistemas rotativos de alta velocidade precisam de sensorização, sistemas de medidas de “não-contato” devem ser considerados. Assim, para não existir o contato e o dispositivo funcionar efetivamente, a propriedade elétrica modificada deve ser induzida por meio de variações de fluxos magnéticos ou indução de campos magnéticos locais. No caso da ideia por trás da tecnologia patenteada, Márcio Correa pontua que a variação desses parâmetros permite ao futuro usuário controlar a resposta e a faixa de campo em que o sensor irá responder linearmente, o que torna um sistema de medidas versátil para diferentes aplicações industriais.

Segundo o pesquisador, com esse conjunto de características, consegue-se elevar o nível de aplicabilidade, em campo, dos atuais sensores. Além disso, a tecnologia desenvolvida pelo grupo é facilmente integrável a outros sistemas nanoestruturados, o que facilita no desenvolvimento de outras situações no futuro. “Neste sentido, estamos entregando para a comunidade um processo de produção de sensores magnéticos que pode otimizar drasticamente a resposta linear de similares que funcionem em sistema com alta frequência”, completa.

Soluções para problemas reais

A concessão da patente recebeu o nome de “Filmes e multicamadas com exchange bias como elementos sensores para dispositivos baseados no efeito magnetoimpedância” e tem como autores, além de Marcio Assolin Correa e Edimilson Felix Da Silva, os pesquisadores Felipe Bohn, Ricardo Barreto da Silva, Roberta Dutra de Oliveira Pinto e Rubem Luis Sommer, em uma parceria que envolve a UFRN junto com a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), co-titulares da invenção.

Marcio Correa salienta que as pesquisas foram desenvolvidas em diferentes instituições de pesquisa do Brasil e os principais resultados científicos que motivaram o depósito de patente foram desenvolvidos em parceria. A UFSM, com o professor Ricardo Barreto da Silva, teve a missão de realizar o depósito da nanoestrutura. Em seguida, os pesquisadores, tanto do CBPF quando da UFRN, realizaram a caracterização da nanoestrutura proposta para compor o elemento sensor patenteado.

“Para nós, o processo de patenteamento é o encerramento do ciclo de um grande projeto de pesquisa. Durante nossa pesquisa, muitos resultados científicos, tanto do ponto de vista de ciência básica como de possíveis aplicações, são publicados em revistas de alto impacto, o que é um processo natural na área acadêmica. Contudo, nosso grupo de pesquisa na UFRN, o Grupo de Nanoestruturas Magnética e Semicondutoras (GNMS) tem como objetivo inserir os estudantes de graduação e pós-graduação em um ambiente de discussão que vai além do processo de produção científica. Tentamos inserir nossos discentes em um ambiente que discute soluções para problemas reais. Neste sentido, o processo de depósito de uma patente é um exercício importante para os estudantes. Um exemplo disso temos na própria patente, com o professor Edmilson, que na época em que depositamos o pedido era estudante de doutorado da pós-graduação em Física aqui na UFRN”, descreve o professor Felipe Bohn.

 

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