Sistemas de detección inteligentes basados en nuevos materiales y aprendizaje automático para la vigilancia de la calidad del aire

Este proyecto aborda uno de los principales problemas de la sociedad actual: la necesidad de aplicar planes de gestión de la calidad del aire para garantizar el cumplimiento de los límites de contaminación establecidos por la Comisión Europea. En este sentido el objetivo fundamental del proyecto va encaminado hacia el desarrollo de nuevos dispositivos portátiles e inteligentes para la detección de gases contaminantes (CO, NO, NO2, O3) a temperatura ambiente y su integración en la electrónica portátil de consumo (pulseras, relojes, bandas, collares, ...) como solución alternativa e innovadora para la monitorización de la contaminación ambiental en el entorno próximo del ciudadano.

El proyecto permite abordar diversas técnicas y tecnologías y cubrir la cadena de valor desde los nuevos materiales nanoestructurados optimizados para la detección a baja temperatura, nuevos sensores de gases flexibles, resistivos y de ondas acústicas superficiales, sistemas de medida miniaturizados y redes de sensores conectados a internet y procesamiento remoto, y por último aplicaciones avanzadas de elaboración de mapas y monitorización de la calidad del aire. Esencialmente el proyecto está orientado hacia los dispositivos sensores que operan a temperatura ambiente, lo que implica el uso de novedosos materiales nanoestructurados sensibles capaces de actuar como capas activas a estas temperaturas.

El proyecto plantea el desarrollo de dos tipos de dispositivos, sensores de gases de onda acústicas superficiales (SAW) y resistivos, con alta sensibilidad, selectividad y portabilidad. Y, cuyas capas activas basadas en materiales nanoestructurados 0D (nanopartículas, nanoclusters) 1D (nano-hilo, fibra, cintas, vigas) de óxidos semiconductores (SnO2, ZnO, TiO2) y 2D (grafeno y sus derivados dicalcogenuros de metales de transición TMD como el MoS2 ), serán obtenidas por técnicas versátiles y de costes) reducidos (electrospinning, variantes de CVD, spin-coating, dropcasting, ink-jet printing) sobre sustratos convencionales (silicio y cuarzo) y flexibles (PI, PEN,PET), que permiten la utilización de los sensores en nuevos escenarios de aplicación (tecnología de consumo). Estas innovaciones deben acompañarse de otras en los sistemas de instrumentación, las técnicas de procesado de la señal y los prototipos a desarrollar en el proyecto. Además de los sistemas de instrumentación automatizados para la caracterización de los sensores en laboratorio, se van a diseñar una serie de dispositivos personales de detección de la calidad del conectados de forma inalámbrica a un Smartphone para su control. Se van a desarrollar también dispositivos flexibles que incluya en el mismo sustrato el sensor y los circuitos de acondicionamiento, procesado y comunicaciones.

Por último, se van a diseñar sensores inteligentes (con preprocesado de la señal incorporado). La replicación de estos dispositivos dará lugar a unas amplias redes de sensores que permitan monitorización de la calidad del aire de forma distribuida. El último de los pilares del sistema de detección propuesto es el procesado de la señal, en el que se utilizarán, además de las técnicas clásicas basadas en la inteligencia artificial, novedosas técnicas aplicadas con éxito en otras disciplinas como el deep learning, la predicción de series temporales o los algoritmos bio-inspirados. Los grupos participantes (UEx y CSIC) presentan capacidades complementarias y continúan una colaboración de más de 10 años en proyectos nacionales e internacionales.