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Un investigador diseña en Navarra sensores para la agronomía e industria basados en tecnología magnética

El físico Juan Jesús Beato ha logrado un bajo coste de fabricación de estos dispositivos, que son precisos en la detección y adaptables a distintos entornos

En la foto de la izquierda, en color morado y sobre el tronco de un limonero, uno de los sensores diseñados por Juan Jesús Beato. En la foto de la derecha, el diseñado por el investigador de la UPNA aparece en el tronco de una vid (derecha). UPNA
En la foto de la izquierda, en color morado y sobre el tronco de un limonero, uno de los sensores diseñados por Juan Jesús Beato. En la foto de la derecha, el diseñado por el investigador de la UPNA aparece en el tronco de una vid (derecha). UPNA  

El físico Juan Jesús Beato López (Jerez de la Frontera, Cádiz, 1981), investigador del Instituto de Materiales Avanzados de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), ha desarrollado un tipo de sensores basados en tecnología magnética, que presentan un rango amplio de aplicaciones, debido a “su bajo coste de fabricación, unido a la gran resolución en la detección y su adaptabilidad a distintas entornos o geometrías”.

Así, estos dispositivos pueden utilizarse en agronomía, investigación biomédica, maquinaria industrial y doméstica, medios de transporte, procesos industriales y de limpieza y tratamientos descontaminantes, entre otros. Esta innovación tecnológica, que permite medir variaciones de micras o detectar partículas nanométricas, se recoge en su tesis doctoral, leída en la institución académica.

“El empleo de sensores y sistemas de monitorización ha aumentado rápidamente durante los últimos años como resultado del desarrollo de nuevas técnicas tanto de detección como en el ámbito de la comunicación y el almacenamiento de datos”, afirma Juan Jesús Beato, cuya tesis doctoral ha sido dirigida por dos investigadores del Instituto InaMat: la catedrática Cristina Gómez-Polo (directora) e Iñaki Pérez de Landazábal Berganzo.

De entre las familias de sensores, el investigador centró su trabajo en aquellos basados en tecnología magnética. “Estos dispositivos tienen como principio de funcionamiento la medida de una señal eléctrica, que se obtiene de los cambios en las propiedades magnéticas del elemento sensor cuando este se ve sometido a un estímulo externo”, indica el investigador, cuya tesis doctoral ha sido calificada con sobresalientecum laude”.

Dentro de la variedad de sensores magnéticos, Juan Jesús Beato escogió aquellos basados en el efecto de Magneto-Impedancia Gigante (GMI, por sus siglas en inglés). “Su principio de funcionamiento se basa en la variación que experimenta un conductor ferromagnético en su impedancia eléctrica —es decir, la mayor o menor resistencia al paso de la corriente eléctrica—, al ser sometidos a campos magnéticos —explica—. Por otro lado, la aplicación de tensiones mecánicas puede dar lugar a variaciones en la impedancia. Esto se conoce como efecto GSI, por sus siglas en inglés de ‘Giant Stress Impedance”.

Una de las aplicaciones de estos sensores consiste en monitorizar las variaciones en micras del diámetro de piezas cilíndricas. Para ello, el investigador diseñó un sensor, basado en el efecto GSI.

“El dispositivo, en forma de cinta, se adhiere radial y firmemente, mediante la aplicación de una resina, a la superficie de la pieza cilíndrica que se necesita estudiar. Al variar el diámetro, se provocan tensiones de distinta intensidad en el sensor, modificando consecuentemente su impedancia y permitiendo registrar la variación del diámetro producida”, señala Juan Jesús Beato, quien estudió la respuesta del sensor en el ámbito de la agronomía con el fin de monitorizar las variaciones cíclicas y micrométricas del diámetro de las plantas.

“Estas variaciones están relacionadas con el estado hídrico interno de la planta, por lo que su control permite una planificación eficiente del riego y así disminuir los recursos hídricos destinados a esta tarea, a la vez que se mejora la calidad de la cosecha”, apunta.

Otra de las utilidades de los sensores consiste en determinar la posición relativa entre piezas móviles de dimensiones micrométricas (de centésimas o milésimas de milímetro). En este caso, Juan Jesús Beato ideó un sensor basado en el efecto GMI. “La estructura básica del dispositivo consiste en un imán permanente, unido a la pieza móvil que hay que estudiar, y un elemento sensor, en forma de hilo, situado a una distancia fija —describe el investigador—.

"Al modificar la distancia relativa entre ambas piezas, variará el campo magnético que actúa sobre el hilo, debido al acercamiento o al alejamiento del imán, por lo que se modifica en el sensor su impedancia. Este dispositivo se puede aplicar en el ámbito agronómico y para caracterizar amplitudes de oscilación en sistemas vibrantes de baja frecuencia, muy habituales en maquinaria industrial y doméstica, medios de transporte o procesos industriales”.

Finalmente, estos dispositivos también sirven para detectar y cuantificar nanopartículas magnéticas (aquellas partículas de escala nanómetrica; es decir, a nivel de átomos y moléculas). En este caso, Juan Jesús Beato desarrolló un sensor basado en el efecto GMI en forma de cinta, que muestra una alta capacidad de detección. “El empleo de las nanopartículas magnéticas se ha incrementado enormemente gracias a la investigación biomédica para fines terapéuticos, de liberación de fármacos o de marcado de proteínas. También en procesos de limpieza y descontaminación”, concluye el investigador.

BREVE CURRÍCULUM

Antes de realizar su doctorado en la UPNA, Juan Jesús Beato se licenció en Física por la Universidad de Sevilla en 2008. A continuación, se trasladó a la Universidad de Cádiz, donde, entre 2009 y 2012, formó parte del grupo de investigación Óptica y Magnetismo Aplicados y cursó el Máster en Ciencias y Tecnologías Químicas.

Después de trabajar en la empresa privada (2013-2014) como ingeniero óptico en el diseño de faros y pilotos de automóviles, se incorporó a la UPNA, en concreto, al Grupo de Investigación de Propiedades Físicas y Aplicaciones de Materiales, que, bajo la dirección de la ya citada Cristina Gómez Polo, se dedica al análisis de las propiedades magnéticas de distintos materiales y el desarrollo de sensores magnéticos.


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