Sensores que mueven (con) el mundo

Los teléfonos y las consolas de última generación han popularizado los sensores inerciales que detectan los movimientos físicos

A menudo disfrutamos de las ventajas que nos aportan muchas tecnologías que se muestran invisibles a nuestra percepción y que ni llegamos a reparar en su existencia, aunque es gracias a ellas que podemos desarrollar muchas tareas fundamentales. Esto se hace cada día más evidente con el progreso digital imparable que introduce nuevos componentes a nuestros aparatos haciéndolos más eficientes, a la par que complejos. Desde la simple antena WiFi que incorpora cualquier smartphone de hoy en día hasta la finísima pantalla OMLED que refleja imágenes increíbles en apenas cuatro pulgadas de diagonal. Estas piezas, tan comúnmente olvidadas, han significado en su día un paso adelante importantísimo en la evolución de un mercado y no siempre han nacido a su cobijo. Un ejemplo recurrente es siempre el de Internet, padre de todo lo que hoy conocemos en sociedad, y que surgió por el empuje del sector militar.

Los acelerómetros son elementos cruciales que se esconden dentro de los dispositivos electrónicos

La última muestra clara de innovación crucial en los dispositivos móviles es sin duda el de la tecnología electromecánica o MEMS (micro-electro-mechanical systems), que a pesar de ser utilizada desde hace más de veinte años en el funcionamiento de apertura de los airbags de los coches, entre otras aplicaciones, está ahora viviendo su segunda juventud gracias al mercado de los videojuegos y de la telefonía de última generación. Parece que ni un OBD Tester, que lo sabe todo de nuestros automóviles, podría haberle augurado ese futuro móvil.

Sea como fuere, términos hoy ya bastante populares como son «acelerómetro» o «sensor inercial», estarían aún en el limbo de la tecnociencia si no fuera por su exitosa integración en la consola de Nintendo Wii o en el smartphone estrella de Apple, el iPhone. Y el concepto clave que manejan estos pequeños ingenios de la creativa humana es el cómo se podría transformar una acción mecánica en una respuesta electrónica útil.

A la práctica existen cinco movimientos físicos fundamentales que puede sufrir un objeto y que una vez tratados pueden dar lugar a muchas aplicaciones: aceleración, vibración, golpe, inclinación y rotación. Si somos capaces de detectar los niveles precisos de dichos movimientos, podremos disponer de una información muy valiosa a la hora de interactuar con dichos objetos. Las posibilidades que brinda son infinitas. Un ejemplo muy sencillo es en un sistema de ahorro de energía de una maquina. Si mediante sensores podemos detectar el movimiento que realiza ésta, sabremos también cuando está parada y cuando en un funcionamiento intenso. A partir de ahí, podemos enviarle fácilmente ordenes de que reduzca su consumo energético a mínimos (que se sitúe en modo «sleep») cada vez que esté parada, ya que no requerirá un suministro tan grande desde las baterías, que en caso contrario irían a parar a sacos vacíos (a sub-sistemas que permanecerían activos aunque no se usasen, como la estructura de detección de obstáculos, muchos drivers motores, etc.). Así es como pasamos, poco a poco, de un simple aparato que cumple órdenes que nosotros le imponemos a algo más, un robot capaz de «autogestionarse» y dar respuestas eficientes según las circunstancias de cada momento. Estamos hablando, claro está, de la entrada al mundo de la inteligencia artificial.

Así pues, un sistema inteligente deberá detectar en todo momento los cinco movimientos básicos antes mencionados para luego dominar plenamente un objeto e interpretarlo. En realidad y aunque nosotros no nos demos cuenta con los sentidos, todos ellos (aceleración, vibración, choque, inclinación y rotación) no son más que diferentes manifestaciones de uno mismo: una aceleración durante períodos temporales varios. Por este motivo, el sensor que detecta el movimiento es conocido como acelerómetro, y es capaz de darse cuenta electrónicamente de algo que a simple vista los seres humanos no percibimos. La física, pero, conoce perfectamente que una operación de aceleración (medido en metros por segundo al cuadrado) mide la variación de velocidad por unidad de tiempo y que por tanto está relacionando espacio (con sus tres ejes básicos X, Y, Z) y tiempo de una forma directa y exponencial. Usando negativos a esas unidades estaríamos hablando de des-aceleración. En este sentido, un movimiento de vibración se podría considerar como una aceleración combinada con una des-aceleración constante y repetitiva. En la inclinación juegan parte, además de la aceleración, los movimientos gravitatorios que atraen los cuerpos al centro terrestre. En el choque, la aceleración de un objeto se confronta con la de otro, provocando como consecuencia una des-aceleración. En definitiva, vemos como estos cinco movimientos que detectan los sensores en realidad se basan en uno sólo.

Los acelerómetros que son más comúnmente utilizados hoy en día en el mercado se sirven de la fuerza gravitatoria para contrastar sus mediciones, y tras ello, convierten estos resultados en Voltios o en Bits (en el caso de dispositivos con salida digital). Esta información es trasladad a un microprocesador o microcontrolador que se encarga de interpretar los datos que han adquirido y presentarlos de modo audiovisual, o los usan para ejecutar otras instrucciones de programa.

De momento nos hemos referido a movimientos lineales (los que acontecen con la aceleración), pero en el caso de la rotación, entra en juego un nuevo movimiento: el angular. Aquí es donde ya no tiene porqué observarse la aceleración para que tenga lugar, ya que los grados en los que se sitúa el objeto se deben medir con el uso de un giroscopio.

La evolución constante en la tecnología MEMS ha posibilitado que se fabriquen pequeños acelerómetros en rangos de detección muy bajas y altas unidades de gravedad, lo cual significa una ampliación de los anchos de banda y en definitiva, aumentando también los posibles campos de aplicación.

En la actualidad, encontramos así sistemas de medición en 6 ejes que cada día descubren más aceptación en todo tipo de tecnologías portátiles de consumo, en las que sea necesaria la información acerca de posición y movimiento del objeto. Desde juegos arcade de última generación hasta aplicaciones de geolocalización, los sensores inerciales abren un mundo de posibilidades incalculable.

Foto por: Random SKK

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