BR112020009189A2

BR112020009189A2 - sistema de sensoriamento

Info

Publication number: BR112020009189A2
Application number: BR112020009189-8A
Authority: BR
Inventors: Dayan Ban; Peter Michael Voss
Original assignee: Shimco North America Inc.
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2021-02-17
Also published as: JP2023040113A; CN111316069B; WO2019090426A1; JP7203857B2; EP3707474A1; US11984824B2; EP3707474A4; JP7434520B2; JP2021502566A; US20210175822A1; CA2985238A1; EP3707474B1; BR112020009189B1; CN111316069A

Abstract

A presente invenção se refere a um sistema de sensoriamento que, em uma concretização preferida, pode ser facilmente integrado a estruturas de elevação de carga (tais como asas e trens de pouso) para fornecer DPHM em tempo real e evitar/mitigar problemas catastróficos. Em termos gerais, o presente sistema de sensoriamento combina pelo menos uma porção de calço com pelo menos um nanogerador, tal como um TENG ou um PENG. Uma grande vantagem do atual sistema de sensoriamento é que ele combina em uma única estrutura as seguintes funções: (a) gerenciamento de falhas no componente, no qual o sistema de sensoriamento está instalado; (b) coleta/armazenamento de dados medidos para o componente, no qual o sistema de sensoriamento está instalado, (c) coleta/armazenamento de energia do ambiente de operação do componente no qual o sistema de sensoriamento está instalado (por exemplo, dados DPHM quando o presente sistema de sensoriamento é usado para avaliação das condições estruturais de uma aeronave) e (d) transmissão sem fio de dados medidos para o componente, no qual o sistema de sensoriamento está instalado em uma interface do usuário.

Description

SISTEMA DE SENSORIAMENTO CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente patente de invenção refere-se a um sistema de sensoriamento que compreende pelo menos um dispositivo de sensoriamento piezoelétrico acoplado a pelo menos um dispositivo de calço. O sistema de sensoriamente pode ser usado em, por exemplo, em aplicações aeroespaciais, tal como aeronaves, veículos espaciais e similares.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] As viagens aéreas são amplamente utilizadas em todo o mundo como uma forma rápida e eficiente de transporte de passageiros e cargas, com sua popularidade aumentando com o crescimento e a migração da população. A Airbus prevê que o tráfego aéreo continuará a crescer em torno de 5% ao ano. A integridade estrutural da aeronave é da maior importância e a manutenção de condições operacionais seguras se torna um desafio à medida que a demanda por viagens aéreas aumenta.

[03] Conforme observado pela Covington Aircraft, uma importante organização de Manutenção, Reparo e Revisão (MRO), sediada em Oklahoma, Estados Unidos, “Airplane On Ground” (AOG, acrônimo de Aeronave em Terra) pode reduzir significativamente as margens operacionais. AOG é um termo usado pelas equipes de MRO da aeronave quando um problema mecânico em uma aeronave torna o avião inseguro para voar. O avião é então aterrado e, em alguns casos, quaisquer outros aviões da mesma marca e modelo que a empresa possui também podem ser aterrados. Observou-se, no início de 2011, que uma grande companhia aérea cancelou aproximadamente 300 vôos depois que uma rachadura apareceu na fuselagem de um Boeing

737 durante o vôo. Como resultado, a companhia aérea colocou 79 aviões no status de AOG, que custam à companhia aérea até US $ 4 milhões em receita perdida. Portanto, é altamente desejável por muitas organizações e companhias aéreas de MRO que o DPHM (Monitoramento de Saúde Diagnóstico e Prognóstico) de aeronaves em tempo real seja desenvolvido e implantado para que a manutenção, o reparo e a revisão possam ser planejados e agendados com antecedência para reduzir o tempo fora de serviço e o tempo de resposta para manutenção regular.

[04] O setor Aeroespacial e de Defesa exigem altos graus de precisão quanto à fabricação e montagem. Embora as medidas de qualidade variem entre 0,0001-0,0004 polegadas, quando a integração final e a montagem do subsistema principal são realizadas, existem lacunas nas estruturas e componentes que as indústrias produzem - por exemplo, trens de pouso, motores, fuselagens e outros subsistemas. O gerenciamento de folgas é convencionalmente realizado empregando componentes de calço, tais como arruelas ou tiras finas de materiais usados para alinhar as peças, ajustá-las e/ou reduzir o desgaste. Para atender a diferentes necessidades, particularmente as de diferentes espessuras, foram desenvolvidas peças de calços destacáveis, que consistem em muitas camadas finas que são integradas por cola e podem ser destacadas camada a camada.

[05] O diagnóstico e prognóstico e o monitoramento das condições de aeronave (DPHM) é a avaliação da condição estrutural de uma aeronave usando tecnologias avançadas de sensores. O DPHM da aeronave tem dois aspectos críticos: monitoramento de carga e avaliação de danos. O monitoramento da carga é realizado pela combinação de dois métodos, a saber, o uso de um número limitado de sensores de deformação com fio montados em pontos críticos para medição direta e o monitoramento de parâmetros de vôo (como tempo de voo, aceleração, pressão/densidade do ar, etc.) para a estimativa de cargas em outros locais. A avaliação de danos abrange a sensoriamento/avaliação/monitoramento de danos induzidos por acidentes, como os que resultam de ataques de pássaros, objetos estranhos e manutenção e danos causados pelo ambiente, como corrosão de estruturas metálicas, delaminação de estruturas compostas e degradação de estruturas não metálicas devido à exposição térmica e a fluidos.

[06] Atualmente, as redes de sensores com fio ainda são o padrão da indústria para o DPHM, amplamente utilizado na maioria das aeronaves Boing/AirBus/Bombardier/Embraer. O sistema com fio oferece vantagens, como liberdade de projeto, recursos versáteis de DPHM e interferência mínima de ruído. No entanto, a instalação da rede com fio pode ser um processo propenso a erros que requer mão de obra e custos significativos. Também adiciona peso extra à aeronave. Para alguns pontos, tal como asas, a instalação de fios geralmente exige o desmantelamento das estruturas externas da aeronave. Como alternativa, um sistema de sensoriamento sem fio pode efetivamente eliminar os problemas de fiação. Para um sistema sem fio, a fonte de alimentação confiável e duradoura se torna crítica. Uma tecnologia emergente é coletar energia de fontes ambientais (solar, vibração, térmica). Entre elas, a energia mecânica está onipresente em um ambiente de operação de aeronave, independente do clima e do ambiente circundante, e pode ser aproveitada para alimentar os sensores sem fio.

[07] Nanogeradores triboelétricos (TENG) e piezoelétricos (PENG)

são considerados blocos de construção promissores para o projeto e aplicação de fontes de energia renováveis, leves e de baixo custo. As nanoestruturas triboelétricas e piezoelétricas podem converter energia mecânica em eletricidade. O princípio básico de funcionamento do TENG é uma combinação de eletrificação por contato e indução eletrostática. A saída de corrente sucessiva é obtida através da transferência de carga elétrica que ocorre em vários ciclos de separação de carga em-plano. O TENG normalmente produz uma alta eficiência de coleta de energia; no entanto, precisa de contato físico e movimento de separação de suas múltiplas camadas. Nos PENGs, a polarização piezoelétrica é gerada no final de cada nanoestrutura mediante a aplicação de tensão, pressão ou força externa. A polarização leva à separação da carga elétrica, produzindo tensão/corrente pulsada em ciclos de pressionamento e liberação.

[08] Apesar dos avanços até o momento no estado da técnica, há uma necessidade não atendida de DPHM in situ em tempo real, com impactos mínimos e não intrusivos nas aeronaves, fácil instalação e manutenção e alta precisão. Mais particularmente, continua a haver uma necessidade no estado da técnica de um sistema de sensoriamento que possa ser facilmente integrado às estruturas de elevação de carga (tais como asas e trens de pouso) para fornecer DPHM em tempo real.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[09] É um objeto da presente invenção evitar ou mitigar pelo menos uma das desvantagens acima mencionadas do estado da técnica.

[10] É outro objeto da presente invenção fornecer um novo sistema de sensoriamento.

[11] Por conseguinte, em um de seus aspectos, a presente invenção fornece um sistema de sensoriamento compreendendo pelo menos uma porção de calço presa em relação a pelo menos uma porção de nanogerador.

[12] Assim, os presentes inventores conceberam um sistema de sensoriamento que pode ser facilmente integrado às estruturas de elevação de carga (tais como asas e trens de pouso) para fornecer DPHM em tempo real e evitar/mitigar problemas catastróficos. Em termos gerais, o presente sistema de sensoriamento combina pelo menos uma porção de calço com pelo menos um nanogerador, como um TENG ou um PENG.

[13] Os PENGs demonstram excelente sensibilidade à deformação externa. Dado o desenvolvimento recente em PENGs e TENGs, um novo dispositivo híbrido que pode combinar as vantagens de TENGs e PENGs é particularmente preferido para uso no atual sistema de sensoriamento, que pode não apenas melhorar a eficiência de conversão de energia, mas também alcançar novas funcionalidades como sensores de deformação auto-energizados.

[14] Uma grande vantagem do sistema de sensoriamento atual é que ele combina, em uma única estrutura, as seguintes funções: (a) gerenciamento de falhas no componente em que esse sistema está instalado; (b) coleta/armazenamento de dados medidos para o componente, no qual o sistema de sensoriamento está instalado; (c) coleta/armazenamento de energia do ambiente de operação do componente em que esse sistema está instalado (por exemplo, dados DPHM quando o presente sistema de sensoriamento é usado para avaliação das condições estruturais de uma aeronave); e (d) transmissão sem fio de dados medidos para o componente no qual este sistema está instalado para uma interface do usuário.

[15] O estado da técnica não descreve nem sugere um sistema de sensoriamento com essa combinação de características.

[16] Embora a descrição detalhada das concretizações preferidas da presente invenção seja descrita com referência ao uso do presente sistema de sensoriamento em aplicações aeroespaciais (incluindo, mas não se limitando a, obter e transmitir dados DPHM na avaliação da condição estrutural de uma aeronave), deve-se entender claramente que o presente sistema de sensoriamento pode ser aplicado em outras aplicações em que é desejável ter uma combinação de gerenciamento de falhas e coleta/armazenamento/transmissão de dados medidos para um componente no qual o sistema de sensoriamento está envolvido.

[17] Os dados medidos pelo presente sistema de sensoriamento podem ser dados de deformação e que podem ser processados/interpretados de várias maneiras, dependendo da aplicação do sistema de sensoriamento. Além disso, ou alternativamente, o atual sistema de sensoriamento pode ser instalado em um componente (por exemplo, uma asa de aeronave) e usado para medir carga (dentro ou fora de parâmetros aceitáveis), movimento, desgaste, desgaste preditivo e falha potencial ou falha real, entre outros, desse componente.

[18] Em uma concretização preferida do presente sistema de sensoriamento, os dados medidos a serem armazenados e transmitidos seriam o sinal de deformação medido a partir dos sensores de deformação. Em uma concretização, os dados originais seriam dados analógicos (por exemplo, em unidades de milivolt ou volt). Em tal concretização, esses dados analógicos seriam preferivelmente convertidos em dados digitais através de uma unidade de controle na porção do nanogerador. Dependendo do requisito de precisão da medição, na conversão Analógico-Digital, 8 ou 12 digitalizações podem ser implementadas. De preferência, a transmissão de dados seria enviada de forma intermitente ou contínua sem fio a um hub central de dados.

[19] As aplicações potenciais do presente sistema de sensoriamento incluem, mas não estão limitadas a: sensoriamento de deformação e DPHM em helicópteros e UAVs, movimento estrutural e/ou medição de vibração para edifícios em, por exemplo, terremoto ou furacão/tufão/áreas propensas a tornados, medição de movimento da ponte para determinação do tempo de manutenção e segurança dos limites de carga, monitoramento de vibração em equipamentos de fabricação, sensor de deformação em aeronaves (incluindo caças a jato e UAVs) a serem usados como mecanismo de retorno para ajustar automaticamente a pressão ou direção do motor, a fim de impedir que os limites de carga corretos sejam excedidos, sensor de deformação em estruturas automotivas e sensor de deformação em equipamentos projetados para puxar ou transportar.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[20] Concretizações da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos, em que números de referência semelhantes denotam partes semelhantes e em que:

[21] A figura 1A ilustra o calço laminado convencional, que pode ser usado apenas para preencher mecanicamente as lacunas e a figura 1B apresenta a concretização preferida do presente sistema de sensoriamento;

[22] A figura 2A apresenta a configuração esquemática paralela do presente sistema de sensoriamento, a figura 2B apresenta a configuração vertical e a figura 2C apresenta a configuração híbrida;

[23] A figura 3 ilustra uma concretização preferida (em esquema) da configuração vertical do presente sistema de sensoriamento;

[24] A figura 4A apresenta imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos nanofios de ZnO crescidos usando a deposição eletroquímica com dopagem com Li a 0%; a figura 1B com 100% de dopagem com Li; a figura 1C com 200% de dopagem com Li; e a figura 1D com 300% de dopagem com Li;

[25] A figura 5A apresenta a representação esquemática de uma concretização do processo de fabricação de nanogeradores, evidenciando o substrato de calço (1); a figura 5B a Deposição de uma camada de semente de AZO por pulverização por RF; a figura 5C o revestimento por rotação fotorresistente; a figura 5D a abertura de janela por fotolitografia; a figura 5E o crescimento de seleção de NWs de homojunção de ZnO pn; a figura 5F a remoção de fotorresistente residual por acetona; a figura 5G o revestimento por rotação de uma camada de PMMA para cobrir a estrutura; a figura 5H a deposição de uma camada de MoO3 (4); a figura 5I a deposição de uma camada de metal como eletrodo superior e a figura 5J o empacotamento por PDMS.

[26] A figura 6 ilustra um diagrama esquemático de um nanogerador fabricado (NG) feito dos nanofios ZnO da homojunção p-n;

[27] A figura 7 ilustra um esquema de um nanogerador triboelétrico útil em uma concretização preferida do presente sistema de sensoriamento;

[28] A figura 8 ilustra um esquema de uma unidade de energia preferida útil em uma concretização preferida do presente sistema de sensoriamento;

[29] A figura 9 ilustra um esquema de um circuito conversor AC para

DC preferido, útil na unidade de potência ilustrada na figura 8;

[30] A figura 10A apresenta a representação gráfica dos resultados experimentais preliminares da Tensão de circuito aberto medida de um coletor de energia piezoelétrico à base de nanofios de ZnO fabricado em um substrato flexível e a figura 10B apresenta a representação gráfica dos resultados experimentais preliminares da corrente de circuito medida de um coletor de energia piezoelétrico à base de nanofios de ZnO fabricado em um substrato flexível.

[31] A figura 11A ilustra a fotografia de um extensômetro comercial (a parte frontal de uma ponte de Wheatstone) incorporados em um nó comercial de sensor sem fio, a figura 11B apresenta a representação gráfica dos sinais de deformação medidos sem vibração mecânica que foram recebidos do sensor de extensômetro sem fio alimentado por um sistema de captação de energia que consiste em um dispositivo piezoelétrico, um retificador de ponte de onda completa e um capacitor e a figura 11C apresenta a representação gráfica dos sinais de deformação medidos com vibração que foram recebidos do sensor de extensômetro sem fio alimentado por um sistema de captação de energia que consiste em um dispositivo piezoelétrico, um retificador de ponte de onda completa e um capacitor.

[32] A figura 12 ilustra o esquema de uma configuração para a caracterização de um coletor de energia piezoelétrico fabricado à base de nanofios de ZnO fabricado em um substrato flexível, evidenciando um controlador de malha fechada (VR9500 Revolution) e um agitador linear (Labworks Inc., ET-126-1). O agitador fornece deformação mecânica com uma frequência, aceleração e quantidade de força específicas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[33] A presente invenção refere-se a um sistema de sensoriamento compreendendo pelo menos uma porção de calço presa em relação a pelo menos uma porção de nanogerador. As concretizações preferidas deste sistema de sensoriamento podem incluir qualquer uma ou uma combinação de duas ou mais das seguintes características:

[34] a porção do nanogerador compreende um nanogerador piezoelétrico;

[35] o nanogerador piezoelétrico compreende um nanogerador baseado em nanotubo InN;

[36] o nanogerador piezoelétrico compreende um nanogerador à base de nanopartículas de ZnO;

[37] o nanogerador piezoelétrico compreende uma estrutura laminada com os seguintes elementos:

[38] a) um substrato;

[39] b) uma camada tampão isolante eletricamente;

[40] c) um primeiro elemento de eletrodo;

[41] d) o elemento piezoelétrico é configurado para converter energia mecânica e/ou térmica em energia elétrica; e

[42] e) um segundo elemento de eletrodo;

[43] em que o nanogerador compreende ainda um elemento de encapsulamento que encapsula a estrutura laminada;

[44] o substrato é um polímero;

[45] o substrato é um material não polimérico;

[46] o substrato compreende um material flexível;

[47] o substrato compreende um material rígido;

[48] o substrato compreende naftalato de polietileno (PEN);

[49] o substrato compreende alumínio;

[50] o substrato compreende um biscoito de silício;

[51] o substrato é revestido com cromo;

[52] a camada tampão é um polímero;

[53] a camada tampão é um material não polimérico;

[54] a camada tampão compreende nitreto de silício (SiN);

[55] a camada tampão compreende dióxido de silício (SiO2);

[56] a camada tampão compreende óxido de alumínio;

[57] o primeiro eletrodo compreende um primeiro eletrodo opticamente transparente;

[58] o primeiro eletrodo compreende uma camada de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO), por exemplo 2% em peso de Al2O3 + 98% em peso de ZnO;

[59] o primeiro eletrodo compreende uma camada de óxido de índio e estanho (ITO);

[60] o elemento piezoelétrico compreende um elemento nanogerador de nanogerador piezelétrico de ZnO com homojunção n-p;

[61] o elemento piezoelétrico compreende um elemento nanogerador piezoelétrico à base de nanofios InN;

[62] o elemento da célula solar compreende um filme fino n+-i-p + nanocristais/amorfo Si:H;

[63] o elemento piezoelétrico compreende várias camadas de polímeros;

[64] o elemento piezoelétrico compreende múltiplas camadas de materiais não poliméricos;

[65] o elemento piezoelétrico compreende camadas únicas ou múltiplas de materiais orgânicos e/ou inorgânicos;

[66] o segundo eletrodo compreende um segundo eletrodo opticamente transparente;

[67] o nanogerador solar e piezoelétrico híbrido do tipo cascata (e/ou triboelétrico e/ou termoelétrico), em que o segundo eletrodo compreende um óxido de zinco dopado com alumínio (AZO), por exemplo, 2% em peso % Al2O3 + 98% em peso de ZnO;

[68] o segundo eletrodo compreende uma camada de óxido de índio e estanho (ITO);

[69] o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo são os mesmos;

[70] o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo são diferentes;

[71] o elemento de encapsulamento é um polímero.

[72] o elemento de encapsulamento é um material não polimérico;

[73] o elemento de encapsulamento compreende polidimetilsiloxano (PDMS);

[74] uma ou ambas camadas tampão e o primeiro eletrodo são depositados no substrato usando um método de deposição física;

[75] a camada tampão e o primeiro eletrodo são depositados no substrato usando um método de deposição física;

[76] o método de deposição física com pulverização catódica por magneto por radiofrequência (RF) a 150°C;

[77] o elemento piezoelétrico é crescido no primeiro eletrodo por um método de deposição física;

[78] o elemento piezoelétrico é crescido no primeiro eletrodo por um método de deposição química;

[79] o elemento piezoelétrico compreende um elemento nanogerador piezoelétrico de ZnO com homojunção n-p que compreende nanofios de homojunção com ZnO que são crescidos usando um método hidro- térmico;

[80] o método hidrotérmico compreende o seguinte: fornecimento uma solução aquosa para o crescimento de nanofios de ZnO do tipo n, a solução aquosa compreendendo uma mistura de nitrato de zinco (Zn)

hexahidratado (25 mM), hexametilenotetramina (25 mM) e nitrato de alumínio (Al) não hidratado, em que a razão atômica de Al para (Al + Zn) na solução da mistura é controlada a 3% em peso; adição de um agente de dopagem (como nitrato de lítio (Li) (75 mM)) à solução (fortemente do tipo p); manutenção da solução aquosa a uma temperatura substancialmente constante de 88°C durante o crescimento dos nanofios; e controle da duração do nanofio de ZnO pelo tempo de crescimento (~ 500 nm / hora): uma hora para a seção do tipo n imediatamente seguida por meia hora adicional para a seção do tipo p dopada com Li;

[81] a porção do nanogerador compreende um nanogerador triboelétrico;

[82] o nanogerador triboelétrico é um nanogerador a base de PET;

[83] o nanogerador triboelétrico é um nanogerador baseado em PDMS;

[84] o nanogerador triboelétrico é um nanogerador baseado em PET/PDMS;

[85] pelo menos uma porção de nanogerador compreende:

[86] A) uma porção sensível à deformação;

[87] B) uma porção de captação de energia; e

[88] C) uma porção de gerenciamento de dados;

[89] a porção de coleta de energia compreende uma porção de armazenamento de energia configurada para armazenar energia captada;

[90] a porção de armazenamento de energia é configurada para alimentar o sistema de sensoriamento;

[91] a porção de gerenciamento de dados é configurada para transmitir dados medidos da porção de sensoriamento de deformação para um local remoto;

[92] a porção de gerenciamento de dados está configurada para transmitir sem fio dados medidos da porção de sensoriamento de deformação para um local remoto;

[93] pelo menos uma porção de calço compreende um metal;

[94] o metal é selecionado do grupo constituído por alumínio, aço, aço inoxidável, titânio, latão, cobre, seus componentes e suas ligas.

[95] pelo menos uma porção de calço compreende uma liga austenítica à base de níquel-cromo;

[96] pelo menos uma porção de calço compreende uma liga de lítio- alumínio;

[97] pelo menos uma porção de calço compreende um plástico;

[98] pelo menos uma porção de calço compreende um polímero;

[99] pelo menos uma porção de calço compreende um material de fibra de carbono; e/ou pelo menos uma porção de calço compreende fibra de vidro.

[0100] Calços convencionais são peças mecânicas com a única função de preencher lacunas mecânicas para alcançar tolerâncias dimensionais críticas. No entanto, os atuais sistemas de sensoriamento (também aqui referidos em alguns lugares como "calço inteligente") integrarão várias funções - gerenciamento de falhas, sensoriamento de deformação, coleta de energia e transmissão de dados - tudo em uma peça com pouco peso e poucas restrições de área de cobertura físicas, conforme apresentado na Figura 1B.

[0101] A Figura 2A apresenta um calço inteligente paralelo, com as unidades funcionais - sensor de deformação (para sensoriamento de deformação mecânica e deformação), coletor de energia (para captar energia do ambiente e convertê-la em elétrica energia), unidade de energia (para converter energia elétrica CA em energia elétrica CC e armazená-la) e unidade de dados (para coletar o sinal de deformação e transmiti-lo para uma estação base remota) - integrados lateralmente na mesma camada de calço

[0102] A Figura 2B mostra uma segunda alternativa - calço inteligente vertical, na qual as diferentes unidades funcionais são fabricadas em diferentes camadas de calço e integradas verticalmente.

[0103] A Figura 2C mostra uma terceira opção - calço inteligente híbrido, na qual algumas unidades funcionais são integradas em uma camada de calço, e outras unidades funcionais são integradas em outra camada de calço, e essas duas camadas de calço são então verticalmente integradas para obter um sistema completo. A opção de calço inteligente paralelo precisa integrar diferentes unidades funcionais em uma camada de calço, exigindo a fabricação do dispositivo. Por outro lado, a interconexão entre diferentes unidades funcionais pode ser feita em uma camada de calço.

[0104] A opção de calço inteligente vertical pode fabricar diferentes unidades funcionais em diferentes camadas de calço; como resultado, a fabricação do dispositivo torna-se mais simples. No entanto, a interconexão entre diferentes unidades funcionais é mais complexa. A opção de calço inteligente híbrido combina as vantagens das duas opções anteriores. Em algumas aplicações, a opção de calço inteligente híbrido pode ser a abordagem preferida.

[0105] A Figura 3 ilustra uma concretização preferida da configuração de um sistema de sensoriamento preferido. Nesta concretização preferida, o dispositivo consiste em cinco camadas: (i) o substrato de calço (1), que também serve como eletrodo de fundo; (ii) nanofios piezoelétricos (2) para converter deformação mecânica em potencial elétrico ou corrente elétrica; (iii) a camada de polimetilmetacrilato (PMMA) (3) para preencher as lacunas entre os nanofios, fornecendo suporte mecânico aos nanofios e isolando o eletrodo superior do eletrodo inferior; (iv) uma camada MoO3 (4) e (v) uma camada Au (5) como eletrodo superior. Em outras concretizações, a camada MoO3 (4) é omitida. Os nanofios piezoelétricos (NWs) (2) não são particularmente restritos. De preferência, os NWs (2) são selecionados do grupo que consiste em InN NWs, GaN NWs, ZnO e similares. Nanofios de ZnO (6) podem ser crescidos no substrato de calço (1) usando abordagens de deposição eletroquímica ou termoquímica.

[0106] Os nanofios de ZnO (6) podem ser crescidos usando deposição eletroquímica em uma configuração de três eletrodos, com um contra- eletrodo de malha de platina e um eletrodo de referência Ag/AgCl. Na concretização ilustrada, uma camada de ZnO dopada com alumínio (AZO, 2% em peso de Al2O3 + 98% em peso de ZnO) foi revestida sobre um substrato de calço pré-limpo usando pulverização catódica por magneto por radiofrequência (RF) a 150°C. Em algumas concretizações, o substrato de calço (1) é primeiramente revestido com uma camada de cromo e a camada de AZO é então revestida no topo da camada de cromo. Outros metais, como ouro ou cobre, isoladamente ou em combinação com cromo, também podem ser utilizados para revestir o substrato do calço (1). A camada AZO serve tanto como o eletrodo condutor, como a camada de semente para o crescimento do NWna deposição eletroquímica subsequente. Na concretização ilustrada, a fotolitografia foi então empregada para abrir uma série de janelas quadradas, separadas por 200 μm, em uma camada foto-resistente girada sobre o substrato PEN revestido com AZO. A máscara foto-resistente retida garante que os NWs cresçam apenas na camada de semente exposta nas janelas abertas.

[0107] A solução para o cultivo de nanopartículas intrínsecas (tipo n) compreendeu nitrato de zinco 25 mM (Zn (NO3) 2), hexametilenotetramina 12,5 mM (HMTA), polietilenoimina (PEI) 5 mM e hidróxido de amônio 0,3 M. Para obter NWs do tipo p (dopado com Li), diferentes concentrações de um reagente para dopagem com nitrato de lítio podem ser adicionadas. Essas concentrações (25 mM, 50 mM e 75 mM) correspondiam a diferentes porcentagens de mistura de lítio (100%, 200% e 300%, respectivamente) e produziram NWs dopados com Li de maneira diferente. O viés do eletrodo de trabalho foi fixado em -0,7 V em relação ao eletrodo de referência Ag/AgCl. O comprimento do NW (~4 μm) foi controlado definindo o tempo de crescimento para três horas para a seção intrínseca (tipo n) imediatamente seguido por outras três horas para a seção dopada com Li (tipo p). A temperatura da solução foi mantida a 90°C por 10 minutos, seguida por 88°C por 170 minutos em ambos os casos.

[0108] Conforme apresentado na Figura 4, os NWs monocristalinos estavam aproximadamente alinhados ao longo da direção vertical, tendo ângulos de inclinação dentro de 25. Seus diâmetros variaram de 100 nm a 200 nm, com uma densidade de área de cerca de 2.0 109 cm-2.

[0109] As Figuras 5A a 5J ilustram as etapas de processamento da fabricação de uma concretização preferida do presente sistema de sensoriamento (neste caso, um sensor de deformação à base de nanofios). Padrões de NW de forma quadrada ou diferente com um comprimento lateral de 1-10 cm podem ser empregados na fabricação de dispositivos. Os NWs são encapsulados primeiramente com uma camada de revestimento não adesivo de PMMA (3), que é então curada a 120°C por três horas. Essa camada (3) fornece uma matriz polimérica para proteger os nanômetros contra danos durante a operação do GN e evita a falta de eletricidade entre os eletrodos superior e inferior dos nanômetros. Devido à sua flexibilidade, o PMMA não impede a aplicação de deformações externas nos NWs de 100 nm a 200 nm, com uma densidade de área aproximada.

[0110] Para aumentar a barreira de energia interfacial e suprimir a corrente de fuga, uma camada intercalada fina de óxido de molibdênio (MoO3) (4) pode ser depositada sobre a camada de PMMA (3) por evaporação térmica a vácuo, usando uma máscara de sombra, seguida pela deposição de um cátodo metálico (alumínio ou ouro) para concluir a fabricação. Os dispositivos podem ser embalados em polidimetilsiloxano (PDMS), o Dow Corning Sylgard™ 184 pré- misturado com um agente de cura na proporção de 10:1 p/p e desgaseificado, para evitar contaminação, danos e penetração de umidade do ambiente.

[0111] A Figura 6 ilustra uma configuração esquemática de uma concretização preferida do presente sistema de sensoriamento baseado em NWs de homojunção de ZnO. Usando NWs de homojunção de ZnO, a eficiência da conversão de energia mecânica em energia elétrica pode ser significativamente aprimorada. A fabricação desse dispositivo de coleta de energia é semelhante à de um sensor de deformação à base de nanofios de ZnO. Uma diferença entre esses dois dispositivos é que o sensor de deformação deve ser sensível à deformação mecânica e ter um baixo nível de ruído, enquanto o coletor de energia deve ter uma alta eficiência na conversão de energia mecânica em energia elétrica. Os nanofios de ZnO e as configurações do dispositivo podem ser otimizados de maneira diferente para esses dois dispositivos em termos de requisitos técnicos diferentes.

[0112] Detalhes adicionais sobre um nanogerador piezoelétrico preferido que pode ser usado em uma concretização preferida do presente sistema de sensoriamento podem ser encontrados nos pedidos de patente CA2967004 e US62/602.895 e descritos por D. BAN (G. Liu, E. Abdel-Rahman, D. Ban, “Performance optimization of p-n homojunction nanowire-based piezoelectric nanogenerators through control of doping concentration”. J. Appl. Phys., 2915, 118, 094307).

[0113] Quando o nanogerador piezoelétrico é baseado em nanofios InN, ver também geradores através do controle da concentração de dopagem (G. Liu, S. Zhao, R. D. Henderson, Z. Leonenko, E. Abdel- Rahman, Z. Mi, and D. Ban, "Nanogenerators based on vertically aligned InN nanowires," Nanoscale, 2016, 8, 2097-2106).

[0114] A unidade de coleta de energia também pode ser fabricada usando dispositivos triboelétricos. A eficiência de conversão de energia de um dispositivo triboelétrico normalmente depende do deslocamento mecânico relativo dos dois eletrodos do dispositivo. Onde o deslocamento relativo mecânico é considerável, um coletor de energia triboelétrico pode ser mais benéfico do que um coletor de energia piezoelétrico.

[0115] Um dispositivo triboelétrico possui uma estrutura de camada mais simples do que um dispositivo piezoelétrico. Geralmente consiste em duas camadas de eletrodo metálico separadas por uma camada isolante de polímero. A Figura 7 ilustra uma concretização preferida de um dispositivo triboelétrico no presente sistema de sensoriamento, o dispositivo triboelétrico compreendendo uma camada superior de PMMA, um eletrodo superior, uma camada de polidimetilsiloxano

(PDMS), um eletrodo inferior e uma camada de PMMA inferior. A camada de eletrodo metálico pode ser depositada no substrato de PMMA por evaporação térmica. A camada PDMS pode ser depositada na camada de eletrodo metálico por revestimento rotativo. Nanopartículas metálicas (como as nanopartículas de Au) podem ser inseridas na interface entre a camada PDMS e a camada inferior do eletrodo para melhorar a eficiência da conversão de energia.

[0116] Em uma concretização preferida, o nanogerador triboelétrico para uso no presente sistema de sensoriamento é produzido usando o seguinte processo não limitativo:

[0117] A) Uma camada de molde é padronizada usando fotolitografia em um biscoito de silício (5 polegadas de diâmetro, por exemplo);

[0118] B) Os biscoitos padronizados são gravados anisotropicamente usando um processo de gravura a seco, resultando na formação de pirâmides embutidas;

[0119] C) Após a limpeza com acetona e isopropanol, todos os biscoitos de Si são tratados com trimetilclorossilano (Sigma Aldrich) por silanização em fase gasosa para evitar a adesão entre os moldes PDMS e Si;

[0120] D) Na preparação dos filmes poliméricas padronizados, o elastômero PDMS e o reticulador (Sylgard 184, Tow Corning) são misturados e depois fundidos no biscoito de Si;

[0121] E) Após um processo desgaseificado sob vácuo, a mistura de elastômero é revestida por centrifugação a 500 rpm por 60 segundos;

[0122] F) Após incubada a 85°C por 1 h, um filme fino uniforme de PDMS é retirado do molde de Si e colocado no PDMS não curado em um pedaço de filme limpo de PET revestido com ITO;

[0123] G) Outro filme limpo de PET revestido com ITO é colocado no substrato pré-preparado de PDMS-PET para formar uma estrutura tipo sanduíche;

[0124] H) As duas bordas curtas do dispositivo são seladas com fita adesiva comum para garantir um contato adequado entre o PET e os filmes PDMS padronizados.

[0125] Como muitos substratos de calço são feitos de materiais metálicos, eles podem ser usados como camadas de eletrodo superior e inferior, o que pode simplificar a fabricação do dispositivo e a integração do componente coletor de energia no atual sistema de sensoriamento.

[0126] A energia gerada é preferivelmente armazenada em uma bateria ou capacitor para que possa ser usada para alimentar dispositivos de maneira regulada. Entre a unidade de geração de energia e uma unidade de armazenamento, é preferível implementar um circuito de gerenciamento de energia para maximizar a eficiência do armazenamento de energia. O objetivo central é desenvolver circuitos de gerenciamento e coleta de energia mais eficientes para transferir energia captada para as camadas da bateria para armazenamento, bem como gerenciar a energia consumida pela unidade de dados.

[0127] A Figura 8 ilustra uma concretização preferida da configuração básica de uma unidade de energia exemplificativa, que normalmente inclui um circuito eletrônico para converter corrente elétrica AC em corrente elétrica CC e uma unidade de armazenamento de energia. A energia elétrica AC do coletor de energia é convertida em energia DC através do conversor AC para DC e é armazenada na unidade de armazenamento de energia. A energia elétrica armazenada será usada para influenciar os outros componentes (como a unidade de dados) para coleta e transmissão de dados de deformação.

[0128] Um circuito conversor AC para DC representado é mostrado na Figura 9, que consiste em quatro diodos de junção pn e um capacitor. As junções pn e o capacitor podem ser fabricados usando tecnologias ASIC (circuito de integração de silício amorfo). A unidade de armazenamento de energia pode ser uma bateria recarregável de super-capacitor ou de lítio à base de filme fino. Para substratos de calço metálico, duas camadas de calço vizinhas, separadas por uma camada isolante elétrica com uma constante dielétrica alta, podem ser usadas como os dois eletrodos do super capacitor.

[0129] A unidade de dados é para coleta e transmissão de sinais de deformação. A unidade de dados pode ser uma unidade autônoma, disponível comercialmente, como um conector sem fio RF24L01 da Soc-Robotics.com. Ele pode transmitir o sinal de deformação coletado para uma estação base que fica a uma curta distância. Outra opção é fabricar diretamente um circuito de coleta e transmissão de dados em um substrato de calço usando as tecnologias ASIC. Como a distância de transmissão sem fio é curta e a taxa de transmissão de dados é baixa, esse circuito ASIC deve ser suficiente para atender aos requisitos técnicos dos dados entre dois eletrodos do super capacitor.

[0130] A Figura 10 ilustra resultados experimentais preliminares de um coletor de energia piezoelétrico à base de nanofios de ZnO fabricado em um substrato flexível. A tensão média de pico de circuito aberto é de 0,7 V e a corrente média de curto-circuito é de 42 nA, produzindo uma potência de saída de 0,03 W.

[0131] A Figura 11 ilustra uma configuração de prova de conceito para transmissão sem fio do sinal de deformação. Os sensores de deformação eram dois extensômetros comerciais (Vishay Precision Group), que estavam sob vibração mecânica. Os dados de deformação foram coletados por um nó sensor sem fio alimentado por um sistema de coleta de energia e transmitidos para uma estação base próxima. Os resultados experimentais preliminares mostram que a deformação aplicada nos sensores de deformação foi de 1600  a uma frequência de 3 Hz.

[0132] A Figura 12 ilustra um esquema de uma configuração para a caracterização de um coletor de energia piezoelétrico fabricado à base de nanofios de ZnO fabricado em um substrato flexível. O sistema inclui um controlador de malha fechada (VR9500 Revolution) e um agitador linear (Labworks Inc., ET-126-1). O agitador pode fornecer deformação mecânica com uma frequência, aceleração e quantidade de força específicas. Usando a configuração ilustrada, a tensão de circuito aberto de saída resultante e a corrente de curto-circuito do coletor de energia piezoelétrico foram medidas usando pré-amplificadores de tensão/corrente de baixo ruído Stanford (modelo SR560/570), com a resistência de entrada dos pré-amplificadores definidos para 100 MΩ (SR560) e 10 kΩ (SR570), respectivamente (conforme Figura 10).

[0133] Embora esta invenção tenha sido descrita com referência a concretizações e exemplos ilustrativos, a descrição não se destina a ser interpretada em um sentido limitante. Assim, várias modificações das concretizações ilustrativas, bem como outras concretizações da invenção, serão evidentes para os versados na técnica mediante referência a esta descrição. Portanto, é contemplado que as reivindicações anexas abrangerão quaisquer modificações ou concretizações.

[0134] Todas as publicações, patentes e pedidos de patentes aqui mencionados são incorporados por referência na sua totalidade na mesma extensão que se cada publicação, patente ou pedido de patente individual fosse específica e individualmente indicada para ser incorporada por referência na sua totalidade.

Claims

REIVINDICAÇÕES:

1. Sistema de sensoriamento, caracterizado por compreender pelo menos uma porção de calço presa em relação a pelo menos uma porção de nanogerador.

2. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de nanogerador compreende um nanogerador piezoelétrico.

3. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o nanogerador piezoelétrico compreende um nanogerador à base de nanofios de InN.

4. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o nanogerador piezoelétrico compreende um nanogerador à base de nanofios de ZnO.

5. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o nanogerador piezoelétrico compreende uma estrutura laminada com os seguintes elementos: a) um substrato; b) uma camada tampão isolante eletricamente; c) um primeiro elemento de eletrodo; d) elemento piezoelétrico é configurado para converter energia mecânica e/ou térmica em energia elétrica; e e) um segundo elemento de eletrodo; em que o nanogerador compreende ainda um elemento de encapsulamento que encapsula a estrutura laminada.

6. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o substrato é um polímero.

7. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o substrato é um material não polimérico.

8. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende um material flexível.

9. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende um material rígido.

10. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende naftalato de polietileno (PEN).

11. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende alumínio.

12. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende um biscoito de silício.

13. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 12, caracterizado pelo fato de que o substrato é revestido com cromo.

14. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada tampão é um polímero.

15. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada tampão é um material não polimérico.

16. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada tampão compreende nitreto de silício (SiN).

17. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a

13, em que a camada tampão compreende dióxido de silício (SiO2).

18. Sistema de sensoriamento de acordo com as reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada tampão compreende óxido de alumínio.

19. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo compreende um primeiro eletrodo opticamente transparente.

20. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo compreende uma camada de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO), por exemplo 2% em peso de Al2O3 + 98% em peso de ZnO.

21. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5- 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo compreende uma camada de óxido de índio e estanho (ITO).

22. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 21, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico compreende um elemento nanogerador piezoelétrico de ZnO de homo-função n-p.

23. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 21, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico compreende um elemento nanogerador piezoelétrico à base de nanofios de InN.

24. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 23, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico compreende múltiplas camadas de polímeros.

25. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 23, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico compreende múltiplas camadas de materiais não poliméricos.

26. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a23, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico compreende camadas únicas ou múltiplas de materiais orgânicos e/ou inorgânicos.

27. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 26, caracterizado pelo fato de que o segundo eletrodo compreende um segundo eletrodo opticamente transparente.

28. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a26, caracterizado pelo fato de que o segundo eletrodo compreende uma camada de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO), por exemplo 2% em peso de Al2O3 + 98% em peso de ZnO.

29. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 26, caracterizado pelo fato de que o segundo eletrodo compreende uma camada de óxido de índio e estanho (ITO).

30. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 29, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo são os mesmos.

31. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 29, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo são diferentes.

32. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 31, caracterizado pelo fato de que o elemento de encapsulamento é um polímero.

33. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 31, caracterizado pelo fato de que o elemento de encapsulamento é um material não polimérico.

34. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a

31, caracterizado pelo fato de que o elemento de encapsulamento compreende polidimetilsiloxano (PDMS).

35. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 34, caracterizado pelo fato de que uma ou ambas camadas tampão e o primeiro eletrodo são depositados no substrato usando um método de deposição física.

36. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 34, caracterizado pelo fato de que a camada tampão e o primeiro eletrodo são depositados no substrato usando um método de deposição física.

37. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 35 ou 36, caracterizado pelo fato de que o método de deposição física é pulerização catódica por magneto por radiofrequência (RF) a 150°C.

38. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 37, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico é crescido no primeiro eletrodo por um método de deposição física.

39. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 37, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico é crescido no primeiro eletrodo por um método de deposição química.

40. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 5 a 37, caracterizado pelo fato de que o elemento piezoelétrico compreende um elemento nanogerador piezoelétrico de ZnO com homojunção n-p que compreende nanofios de homojunção com ZnO que são crescidos usando um método hidrotérmico.

41. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o método hidrotérmico compreende o seguinte: a) fornecimento de uma solução aquosa para o crescimento de nanofios de ZnO do tipo n, em que a solução aquosa compreende uma mistura de nitrato de zinco (Zn) hexahidratado (25 mM), hexametilenotetramina (25 mM) e nano-hidrato de nitrato de alumínio (Al), em que a razão atômica de Al para (Al + Zn) na solução da mistura é controlada a 3% em peso; b) adição de um agente de dopagem (como nitrato de lítio (Li) (75 mM)) à solução (fortemente do tipo p); c) manutenção da solução aquosa a uma temperatura substancialmente constante de 88°C durante o crescimento dos nanofios; e d) controle do comprimento do nanofio de ZnO pelo tempo de crescimento (~ 500 nm/hora): uma hora para a seção do tipo n imediatamente seguida por meia hora adicional para a seção do tipo p dopada com Li.

42. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de nanogerador compreende um nanogerador triboelétrico.

43. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que o nanogerador triboelétrico é um nanogerador à base de PET.

44. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que o nanogerador triboelétrico é um nanogerador baseado em PDMS.

45. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que o nanogerador triboelétrico é um nanogerador baseado em PET/PDMS.

46. Sistema de sensoriamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-45, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de nanogerador compreende: a) uma porção sensível à deformação; b) uma porção de captação de energia; e c) uma porção de gerenciamento de dados.

47. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que a porção de captação de energia compreende uma porção de armazenamento de energia configurada para armazenar energia captada.

48. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que a porção de armazenamento de energia é configurada para alimentar o sistema de sensoriamento.

49. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 46- 48, caracterizado pelo fato de que a porção de gerenciamento de dados é configurada para transmitir dados medidos da porção de sensoriamento de deformação para um local remoto.

50. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 46- 48, caracterizado pelo fato de que a porção de gerenciamento de dados é configurada para transmitir sem fio dados medidos da porção de sensoriamento de tensão para um local remoto.

51. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende um metal.

52. Sistema de sensoriamento, de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de que o metal é selecionado do grupo que consiste em alumínio, aço, aço inoxidável, titânio, latão, cobre, seus compósitos e suas ligas.

53. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende uma liga à base de níquel-cromo austenítico.

54. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende uma liga de lítio-alumínio.

55. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende um plástico.

56. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende um polímero.

57. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende um material de fibra de carbono.

58. Sistema de sensoriamento, de acordo com as reivindicações 1 a 51, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de calço compreende fibra de vidro.