Un grupo de investigadores del MIT Lincoln Laboratory ha desarrollado un hidrofono innovador que se basa en un micrófono comercial de bajo coste. Este dispositivo, que utiliza un proceso de microfabricación conocido como sistemas microelectromecánicos (MEMS), es notablemente más pequeño y económico que los hidrofonos actuales, pero ofrece una sensibilidad igual o superior. Las aplicaciones potenciales de este hidrofono son amplias, abarcando desde la Marina de los EE. UU. hasta la industria y la comunidad científica.
Según Daniel Freeman, líder del proyecto en el Grupo de Materiales y Microsistemas Avanzados, "dada la amplia demanda por parte de la Marina de hidrofonos de bajo coste, nos sorprendió que este diseño no se hubiera explorado antes". Los hidrofonos son esenciales para la detección submarina en diversas aplicaciones y plataformas. El objetivo del equipo era demostrar que podían crear un dispositivo más pequeño y asequible sin comprometer su rendimiento.
Innovación en tecnología submarina
Un hidrofono funciona como un micrófono submarino, convirtiendo las ondas sonoras en señales eléctricas, lo que permite "escuchar" y registrar sonidos en el océano y otros cuerpos de agua. Estos datos pueden ser analizados posteriormente, proporcionando información valiosa sobre el entorno submarino.
Los dispositivos MEMS son sistemas extremadamente pequeños, con dimensiones que van desde unos pocos milímetros hasta micrones (más pequeños que un cabello humano), y cuentan con diminutas piezas móviles. Se utilizan en una variedad de sensores, incluyendo micrófonos, giroscopios y acelerómetros. A pesar del gran potencial de los MEMS, actualmente no existen hidrofonos comerciales que utilicen esta tecnología, lo que llevó al equipo a investigar la viabilidad de tal diseño.
Desarrollo y pruebas del prototipo
Con financiamiento de la Oficina del Subsecretario de Guerra para Investigación e Ingeniería, el equipo inicialmente planeó utilizar microfabricación para desarrollar su dispositivo. Sin embargo, esa estrategia resultó demasiado costosa y compleja. Esto llevó al grupo a rediseñar su hidrofono utilizando un micrófono MEMS comercial. "Tuvimos que encontrar una alternativa económica sin sacrificar el rendimiento", explica Freeman.
En colaboración con investigadores de Tufts University, así como con socios industriales como SeaLandAire Technologies y Navmar Applied Sciences Corp., el equipo encapsuló el micrófono MEMS en un polímero con baja permeabilidad al agua, dejando una cavidad de aire alrededor del diafragma del micrófono (la parte que vibra en respuesta a las ondas sonoras). Uno de los principales desafíos fue evitar la pérdida excesiva de señal debido al embalaje y a la cavidad aérea alrededor del micrófono MEMS. Tras numerosas simulaciones e iteraciones de diseño, descubrieron que la alta sensibilidad del micrófono compensaba cualquier pérdida causada por la inclusión de aire en el dispositivo.
Cobertura exitosa en pruebas reales
A finales de julio, ocho investigadores se desplazaron al Lago Seneca en Nueva York para probar varios dispositivos. Los hidrofonos fueron sumergidos a profundidades crecientes —comenzando a 100 pies e incrementando hasta 400 pies— mientras se transmitían señales acústicas a diferentes frecuencias para ser registradas por el instrumento. Las señales fueron calibradas a un nivel conocido para medir la sensibilidad real del hidrofono a través de distintas frecuencias.
"Esta fue nuestra primera prueba en aguas profundas y representó un hito importante para demostrar nuestra capacidad operativa en un entorno real", comenta Freeman. "Esperábamos que el rendimiento coincidiera con lo observado en nuestros tanques de agua". Los resultados confirmaron las expectativas: la sensibilidad y relación señal-ruido estaban dentro de unos pocos decibelios del estado oceánico más silencioso conocido como estado cero del mar.
Perspectivas futuras para el hidrofono
El prototipo tiene aplicaciones potenciales tanto comerciales como militares gracias a su tamaño reducido, bajo consumo energético y coste accesible. "Estamos dialogando con el Departamento de Guerra sobre cómo trasladar esta tecnología al gobierno estadounidense e industrias", señala Freeman. "Aún hay margen para optimizar el diseño, pero hemos demostrado que este hidrofono ofrece robustez, alto rendimiento y muy bajo coste".
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