Proponen utilizar tecnología de detección de alta sensibilidad, que también es más adecuada para condiciones extremas, para pintar una imagen completa y continua con cada giro de la rueda de un tren.
Feng y su equipo desarrollaron un sensor gigante en forma de anillo que es tan delgado como una hoja de papel y se adhiere perfectamente a las paredes internas o externas de las ruedas del tren, según un artículo revisado por pares publicado en enero por la revista Scientia Sinica Technologica. .
Este sensor flexible es capaz no sólo de medir deformaciones de las ruedas que antes se pasaban por alto, sino que también puede ayudar a los ingenieros a identificar defectos diminutos en las vías con una precisión sin precedentes, cortando los riesgos de raíz, dijeron los investigadores.
El equipo dijo que el sensor también aborda un problema de larga data para la industria ferroviaria de alta velocidad, que es la posibilidad de que los sensores de un solo punto «tuerzan» los datos cuando los trenes navegan por vías curvas.
China opera la red ferroviaria de alta velocidad más compleja del mundo y tiene un historial de seguridad que supera al de la industria de las aerolíneas comerciales, sin muertes de pasajeros causadas por accidentes en la última década.
El año que viene, se desplegará una nueva generación de trenes de alta velocidad en la extensa red del país (más larga que el ecuador) con velocidades máximas que aumentarán de los actuales 350 km/h (217 mph) a 400 km/h (249 mph).
“Afrontar una red ferroviaria de alta velocidad tan extensa, garantizar la seguridad de los trenes y recortar los costos de mantenimiento son los ejes del transporte ferroviario”, escribieron Feng y sus colegas.
“Cuando se combinan con tecnología de detección inalámbrica, nuestros sensores flexibles de fuerza rueda-carril pueden mantener un pulso continuo y en tiempo real sobre las fuerzas rueda-carril de un tren de alta velocidad. Esto supone un punto de inflexión para la próxima generación de trenes de alta velocidad en China”.
Feng también lidera un proyecto financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China que involucra sensores para vehículos hipersónicos del espacio cercano que pueden atravesar el cielo más de siete veces más rápido que la velocidad del sonido a gran altitud.
Las temperaturas y presiones extremas durante el vuelo hipersónico pueden deformar la nave, un fenómeno que el equipo de Feng se centra en prevenir, centrándose en los mecanismos de falla de materiales y estructuras sólidos en estos entornos no convencionales.
Los estudios del equipo hipersónico requieren algunas pruebas agotadoras, lo que lleva a los investigadores a crear sensores que sean flexibles, ampliables y capaces de funcionar en los entornos más hostiles.
Si bien China ha invertido importantes recursos en el desarrollo de vehículos hipersónicos, estas tecnologías de vanguardia se han limitado en gran medida a aplicaciones militares.
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Sin embargo, un número cada vez mayor de científicos e ingenieros involucrados en la investigación hipersónica de China creen que estos avances se extenderán gradualmente a aplicaciones civiles y llevarán a la industria manufacturera china a nuevas alturas.
También anticipan que las aplicaciones civiles de las tecnologías impulsarán, a su vez, una mayor investigación y producción de armas.
La enorme escala y complejidad de la superinfraestructura ferroviaria de alta velocidad en China ya la han convertido en un campo de pruebas para nuevas tecnologías.
Por ejemplo, los físicos cuánticos chinos están desarrollando redes de comunicación cuánticas altamente seguras para la red. También se ha aplicado inteligencia artificial para optimizar la eficiencia operativa y detectar objetos extraños en las vías.
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La última generación de tecnología 5G también ofrece a los conductores de trenes de alta velocidad una visión de superhéroe, permitiéndoles recibir imágenes en tiempo real más allá de su línea de visión.
Mientras tanto, los túneles de viento hipersónicos están ayudando en el desarrollo de trenes futuristas de alta velocidad con levitación magnética con tubos de bajo vacío que podrían alcanzar velocidades de 1.000 km/h (621 mph) o más.
Al diseñar sensores de área grande adecuados para ruedas de trenes de alta velocidad, el equipo de Feng encontró varios obstáculos, especialmente la necesidad de equilibrar la capacidad de fabricación a gran escala y de bajo costo con un rendimiento superior.
Según el artículo, los investigadores reutilizaron obleas de silicio comúnmente disponibles (la columna vertebral de la fabricación de chips) como base para los sensores. Estos estaban recubiertos con una fina capa de oro.
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Si bien el oro es caro, el equipo mantuvo el gasto manejable, usándolo con un grosor diminuto para cada oblea, apenas una fracción del ancho de un cabello, que fue grabada con intrincados patrones de sensores, utilizando equipo de fotolitografía estándar.
Estas estructuras microscópicas, conocidas como rejillas de tensión, están compuestas por múltiples capas de compuestos y metales que exhiben cambios en su resistencia eléctrica cuando se someten a variaciones de presión.
Cuando una corriente eléctrica pasa a través de estas capas, su respuesta genera señales que indican cualquier deformación en la acción de la rueda, según el artículo.
«Nuestros experimentos de carga vertical revelan que el sensor de anillo flexible exhibe no sólo una fuerte linealidad sino también una notable estabilidad y repetibilidad en condiciones de carga cíclica», escribieron los investigadores.
Feng y su equipo dijeron que en aplicaciones del mundo real, el sensor podría combinarse con tecnología de telemetría inalámbrica de bajo ruido para enviar señales de fuerza rueda-riel a una terminal de análisis de datos.
