Para la demostración práctica de la tecnología LIMS se utilizó un portal de control de pasajeros. El sensor LIMS puede “olfatear” trazas mínimas de explosivos, sustancias químicas o drogas
Tecnologías inéditas de sensores El “olfato” de los sabuesos electrónicos
En el reciente Salón de Le Bourget, EADS presentó tres avanzadas tecnologías de detección de riesgos químicos, nucleares y biológicos, así como de drogas, por medio de sensores.
Estas tecnologías se desarrollan para garantizar la máxima seguridad y el mínimo trastorno del tránsito de pasajeros y de mercancías.
Explosivos y otros materiales energéticos, además de productos químicos y sustancias biopeligrosas, son las armas preferidas cuando los terroristas planean asesinatos en masa. EADS desarrolla tecnologías para contrarrestar tales amenazas: un sistema para detectar trazas de sustancias al inspeccionar y controlar personas y objetos, un sistema de interrogación por neutrones para la inspección de equipajes y cargas, y un sistema automatizado para la detección rápida de agentes biológicos patógenos en el agua potable.
En comparación con las soluciones ya existentes, estas tecnologías incrementan la sensibilidad, disminuyen el índice de falsas alarmas y el despliegue necesario para las inspecciones, así como su coste. Dos de estas tres tecnologías (el sensor Laser Ion Mobility Spectrometer y el sistema de detección automatizada de agentes biológicos patógenos) se derivan de las actividades de desarrollo llevadas a cabo en las instalaciones de investigación de EADS Innovation Works, mientras que el sistema de interrogación por neutrones se basa en sistemas de defensa e industriales ya instalados por EADS SODERN. En la actualidad, EADS busca acuerdos de asociación para comercializar e industrializar las tres revolucionarias tecnologías.
LIMS: Espectrógrafo láser de movilidad de iones
En el stand de EADS se presentó en directo la versión de demostración de un portal para inspección y control de pasajeros. El elemento sensor del portal, tan grande como un libro, el LIMS, es capaz de detectar trazas minúsculas de explosivos, sustancias químicas o drogas.
Cuando una persona atraviesa el portal, un ventilador situado por encima de la cabeza lo envuelve en un chorro de aire durante unos diez segundos. El aire empuja todos los materiales recogidos hacia abajo, a un dispositivo de muestreo, de donde pasan al LIMS. En él, durante un proceso de ionización, las moléculas se dividen en iones, es decir en partículas con carga eléctrica. A continuación, el LIMS los somete al efecto de un campo eléctrico, en el que se mueven a diferentes velocidades en dependencia de sus características específicas. A partir de este espectro de movilidad y mediante su comparación con la base de datos almacenada en su memoria, el LIMS verifica si una determinada sustancia está presente o no. Lo novedoso de la tecnología LIMS es que la ionización no procede de fuente radiactiva, como es usual, sino de un haz de láser, que hace muy selectivo el detector, mientras que la tecnología adicional de reflector aumenta su eficiencia. Esta “nariz artificial” es varias veces más sensible que el olfato de un perro sin cansarse a la media hora como sus homólogos caninos.
Principio de funcionamiento del sistema ULIS: los neutrones emitidos penetran en el objeto examinado. Al chocar con los átomos de las sustancias del contenido da lugar a la emisión de rayos gamma específicos de la sustancia que a continuación analiza el circuito electrónico del sistema
Los investigadores de EADS Innovation Works se proponen miniaturizar aún más el sensor LIMS de modo que se pueda instalar en un equipo de mano, similar a los detectores de metales utilizados en los controles de seguridad. El bajo consumo eléctrico del LIMS en comparación con el de otros dispositivos de detección también será una ventaja de cara al modelo portátil.
La investigación básica para esta tecnología formó parte del proyecto “Espectrómetro Láser Miniaturizado de Movilidad de Iones para Análisis” (MILAN, en siglas inglesas) patrocinado por el Ministerio Federal alemán de Educación e Investigación, en colaboración con Bavarian Photonics, Optimare y la Universidad de Potsdam.
ULIS: Sistema de Inspección de Equipaje Abandonado
En Salón de Le Bourget, EADS SODERN presentó en el stand de EADS una maqueta de su sistema portátil de interrogación por neutrones para detección e identificación de explosivos y sustancias químicas, así como nucleares y radiactivas ocultas en objetos sospechosos.
La tecnología de interrogación por neutrones, uno de los productos actuales de EADS SODERN, se utilizan en máquinas que analizan, en tiempo real, la composición exacta de materiales como carbón y cemento que pasan por ellas en una cinta transportadora. La compañía trabaja ahora para adaptar esta tecnología ya probada a una variedad de aplicaciones de seguridad, en especial en el sistema ULIS. El ULIS es una caja que contiene un tubo de neutrones miniaturizado, un detector de rayos gamma, un módulo de electrónica, pilas, y una fuente de alimentación de alto voltaje, así como dos pequeñas videocámaras. La caja se conecta a un ordenador portátil con el fin de utilizar el sistema a distancia segura.
El ULIS es muy sencillo de manejar, y la tecnología de interrogación por neutrones ofrece ventajas específicas en aplicaciones de este tipo. Todos los materiales necesarios para crear el flujo de neutrones se encuentran en el generador metálico y hermético de éstos. El sistema ULIS completo está dentro de una pequeña carcasa parecida a un maletín, y funciona con independencia de cualquier fuente de electricidad. El sistema no emite neutrones una vez apagado.
Cuando una pieza de equipaje despierta sospechas, el maletín ULIS se coloca cerca del objeto y se activa desde el portátil. El tubo emite neutrones que penetran en el objeto a investigar. Algunos de ellos interactúan con los núcleos atómicos de los diversos elementos químicos en el interior y generan rayos gamma característicos, que el detector de rayos gamma del maletín ULIS captura a continuación. El software del ULIS compara los espectros de rayos gamma con una “biblioteca” de espectros conocidos y, por tanto, identifica sin ambigüedades posibles los contenidos del objeto sometido a investigación. El tubo de neutrones del ULIS contiene un importante componente adicional: el detector de partículas asociado. Éste aprovecha que cada neutrón emitido libera una partícula alfa en la dirección exactamente opuesta. El módulo electrónico del ULIS procesa a alta velocidad esta información direccional y la combina con mediciones del tiempo de vuelo en un algoritmo de triangulación, produciendo una imagen que muestra la situación del material sospechoso en el interior del objeto examinado. El resultado se visualiza en pocos minutos: si no encuentra material sospechoso, el ULIS indica que no ha detectado ninguna amenaza. La tecnología de interrogación mediante neutrones permite detectar amenazas incluso detrás de paredes de acero de dos centímetros de espesor, lo que la hace apropiada para controlar e inspeccionar contenedores de carga. Al inspeccionar camiones, su combinación con la tecnología de rayos X garantiza la detección de seres humanos o de animales antes de activar el flujo de neutrones. EADS SODERN también desarrolla un sistema de interrogación por neutrones para detectar minas terrestres.
El tubo de neutrones de ULIS tiene adosado un detector de partículas alfa, con el que el sistema detecta no sólo qué sustancia contiene un objeto, sino dónde se encuentra éste en él
La preocupación cada vez mayor por la seguridad del agua potable y la enorme diferencia en las clases de abastecimiento pone de relieve lo importante que es ser capaz de detectar casi en tiempo real la contaminación intencionada mediante agentes patógenos peligrosos. Las técnicas actuales de detección definitiva de amenazas biológicas en el agua hacen necesario analizar las muestras en laboratorio, de lo que resulta un plazo demasiado largo de respuesta (uno o dos días), por lo que el método no es adecuado para un sistema de detección temprana. En el Salón de Le Bourget, EADS Innovation Works presentó un sistema demostrador capaz de detectar bacterias y organismos unicelulares en el agua potable que reduce el tiempo de detección a sólo unos minutos, lo que hace innecesario analizar las muestras en laboratorio. El sistema se ha diseñado para funcionar de manera automática por sí solo y con un índice de falsos positivos bajo en extremo.
La electrónica del ULIS compara los espectros medidos de los rayos gamma con informaciones almacenadas en una base de datos y visualiza el resultado en un listado de materias detectadas
El núcleo del sistema es un filtro micromecánico producido a partir de placas de silicio utilizando métodos de manufactura en lotes similares a los que se emplean en la fabricación de chips de ordenador. Se trata de un método rentable, en el que los poros de los filtros pueden tener un diámetro de sólo pocos cientos de nanómetros. Los agentes biológicos patógenos, tales como las bacterias y los organismos unicelulares tienen mayores dimensiones, por lo que quedan atrapados en el filtro para la correspondiente identificación. Ésta se logra bombeándo a través de la cámara del filtro anticuerpos de fabricación industrial, que se unen de manera específica a las bacterias aprisionadas en el filtro. Estos anticuerpos poseen la característica adicional de convertirse en fluorescentes cuando los ilumina un haz de láser. Un fotomultiplicador, que mide el número de puntos de luz en la superficie del filtro, detecta la presencia de bacterias. El resultado se muestra en un programa de software que controla la secuencia de actuación de las válvulas y bombas del sistema. Dado que las bacterias atrapadas y los anticuerpos permanecen en la superficie del filtro micromecánico, éste puede lavarse a fondo para empezar un nuevo proceso de detección con el filtro limpio.
Los poros del filtro micromecánico tienen un diámetro de pocos nanómetros. Bacterias y organismos unicelulares quedan aprisionados en la superficie del filtro. Después de identificarlos por medio de anticuerpos fluorescentes y luz láser, el filtro se lava para utilizarlo de nuevo
Los investigadores de EADS Innovation Works presentaron un demostrador capaz de identificar bacterias y organismos unicelulares, en pocos minutos, con ayuda de un filtro micromecánico. El aparato funciona de manera totalmente automática y autónoma, y, al parecer, con un índice de falsas alarmas bajo en extremo
El potencial de desarrollo del sistema abarca desde la detección de virus y toxinas biológicas y otras aplicaciones (monitorización del abastecimiento de agua y de aire acondicionado a bordo de los aviones), hasta aplicaciones militares en vehículos NBQ y hospitales de campaña, así como otros usos en el ámbito de la seguridad nacional. Parte de la investigación para este proyecto corresponde al proyecto GaNano de la UE (baterías de sensores basadas en nitruro de galio para sistemas nano y pico fluidos destinadas a análisis biomédicos rápidos y fiables). La financiación de parte del trabajo sobre monitorización automatizada de aguas corre por cuenta del Ministerio Federal alemán de Educación e Investigación como parte del proyecto OptoZell.
