La Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) se dotará, mediante la financiación que proviene de la Convocatoria de Equipamiento Científico-Técnico de la Agencia Estatal de Investigación, de un microscopio electrónico de rastreo de emisión de campo, un sistema de ensayo de alta capacidad para simulación híbrida de sistemas ciberfísicos de construcción 4.0, equipamiento de Lightning Mapping Array para la detección de rayos en 3D y equipos de prototipado rápido de dispositivos ópticos y fotónicos.

La adquisición de este material de última generación permitirá intensificar una investigación especializada y eficiente en distintos campos, así como una expansión de su uso y acceso generalizado a los servicios que ofrecen. De las 24 propuestas presentadas por la UPC a la convocatoria de las ayudas, que se financian con fondos Next Generation de la Comisión Europea, se han otorgado cuatro, que suponen una financiación de 4,4 millones de euros.

Microscopio electrónico de rastreo de emisión de campo
La inversión que recibirá una mayor financiación, un total de 1,5 millones de euros, es un microscopio electrónico de rastreo de emisión de campo (alta resolución). Este microscopio equipará el Laboratorio de Microscopía Electrónica, coordinado por el investigador José María Manero, y que está ubicado en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB) y vinculado al Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería Metalúrgica (CMEM).

La ampliación de la oferta tecnológica de este laboratorio, creado en 1982, permitirá dar respuesta a las demandas de los diversos usuarios del servicio −tanto grupos de investigación internos y externos como entidades privadas− y lo posicionará como referente en el campo de la microscopía electrónica a nivel nacional e internacional.

En concreto, el equipamiento se renovará con un microscopio electrónico de rastreo de emisión de campo (FESEM) de última generación; un espectrómetro de emisión de Rayos X Tous (SXES); un detector de difracción de electrones por retrodispersión (EBSD); un nanoindentador SEM in situ para estudios micromecánicos, así como software de análisis cuantitativo automatizado para mineralogía.

Según explica el investigador José María Manero, "la adquisición del espectrómetro de emisión de Rayos X Tous (SXES), junto con el nanoindentador SEM in situ para estudios micromecánicos, que serán de los primeros en instalarse en España, convertirán al Laboratorio de Microscopía Electrónica en un servicio único al Estado en el ámbito de la caracterización de materiales para campos tan diversos como la nanotecnología, los semiconductores, los polímeros o el análisis de trazas y contaminantes para el sector medioambiental. Estos equipos, por tanto, abren la puerta a nuevas áreas de investigación en campos que experimentarán un fuerte crecimiento en los próximos años, como es el de las baterías eléctricas".

Tecnología 4.0 para modelos virtuales de sistemas estructurales
El Laboratorio de Tecnología de Estructuras y Materiales 'Lluís Agulló' (LATEM), ubicado en los edificios C1 y B1 del Campus Diagonal Norte y vinculado al Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, implementará un sistema ciberfísico de construcción 4.0, con la financiación de 1,2 millones de euros de la convocatoria de Equipamiento Científico-Técnico.

En concreto, los equipos que se van a adquirir son un sistema de ensayo de alta capacidad para simulación híbrida de estructuras, combinado con un sistema de monitorización con fibra óptica distribuida. Además, se condicionará la red de instalación oleohidráulica y se ampliarán los muros de carga y las estructuras metálicas auxiliares.

Con esta tecnología, el laboratorio, que desarrolla actividades de investigación, asesoramiento y transferencia de tecnología en el campo de la construcción, podrá representar de forma virtual un sistema estructural complejo, al tiempo que lleva a cabo el ensayo físico de un elemento estructural que lo compone. Así, se integrarán, en tiempo real, modelos virtuales de sistemas estructurales complejos −como edificios, puentes o infraestructuras− con el experimento físico de subsistemas críticos −pórticos, muros o elementos−. Por otra parte, se podrá digitalizar con alta fidelidad la respuesta física obtenida en el laboratorio.

Según explica el investigador Luca Pelà, investigador del grupo de investigación Análisis y Tecnología de Estructuras y Materiales (ATEM), “con este nuevo equipamiento, que será único en el Estado y que actualmente está presente solo en un número reducido de universidades internacionales, la investigación experimental en LATEM podrá superar las limitaciones que presentan los ensayos físicos tradicionales de estructuras en el laboratorio, aprovechando las grandes potencialidades que nos ofrece el mundo digital. La transformación 4.0 del LATEM permitirá contribuir de forma relevante al desarrollo de la cuarta revolución industrial del sector de la construcción, impulsando nuevas líneas de investigación e innovación. Algunos ejemplos son el desarrollo de gemelos digitales de estructuras reales, el estudio del comportamiento de nuevos materiales y procesos de construcción (como por ejemplo los basados en fabricación aditiva), el diseño de infraestructuras más seguras y resilientes frente a los riesgos naturales y del cambio climático (terremotos, ráfagas de viento, etc.) o la promoción de la construcción sostenible”.

Con más de 30 años de experiencia, LATEM es un referente nacional e internacional de la innovación y experimentación en estructuras y materiales, con instalaciones y tecnologías líderes para la caracterización de los materiales de construcción (como el hormigón armado, la fábrica de ladrillo, la mampostería de piedra, el acero, la madera, los composites o los materiales innovadores), la química de los materiales, el diseño y ensayo de estructuras a gran escala y la monitorización estructural. También fomenta la sostenibilidad en la construcción, con estudios relacionados con el impacto ambiental de los materiales y la reutilización de residuos como materiales de construcción.

Mejorar la detección de rayos en 3D
En 2011, la UPC instaló el primer Lightning Mapping Array (LMA) en Europa, el Ebro-LMA: eLMA. Este sistema es el referente mundial en la detección de rayos en 3D, con aplicaciones en la búsqueda física de rayos, la electrificación de las tormentas, la detección y aviso de tiempo violento, la protección contra los rayos, la calibración de los instrumentos ópticos por a la detección de rayos desde satélites o la química atmosférica. Esta red está ubicada en el Valle del Ebro, en la región del Delta, y se utilizará, entre otros, para la validación del Lightning Imager, que irá a bordo del MeteoSat de tercera generación.

La aprobación de la propuesta presentada por el investigador Joan Montanyà, del Grupo de Investigación de Relámpagos y Alta Tensión (LRG), en el marco de la convocatoria de Equipamiento Científico-Técnico, permitirá disponer de 985.000 euros para renovar los sensores del sistema, incluyendo el instrumento óptico de observación de rayos y fenómenos luminosos en la alta atmósfera. En concreto, se adquirirá una red de 15 sensores Lighnting Mapping Array y una cámara rápida digital con intensificador de imagen. También se actualizarán los sensores actuales Lightning Mapping Array para realizar campañas en todo el mundo, como las que el grupo ha llevado a cabo en Suiza y Colombia y las que prevé realizar en África en los próximos años.

Tal y como explica el investigador Joan Montanyà, "con esta nueva tecnología, se ampliará la cobertura actual, así como el número de detecciones de rayos, al tiempo que se mejorará la precisión de localización". Por otra parte, la actualización del instrumento óptico también "permitirá observar procesos de descargas eléctricas atmosféricas que hasta ahora no se podían estudiar".

Equipos de prototipado rápido de dispositivos ópticos y fotónicos
El Centro de Desarrollo de Sensores, Instrumentación y Sistemas (CD6), ubicado en el Campus de Terrassa y dirigido por el investigador Santiago Royo, también podrá incorporar sistemas avanzados de metrología óptica, fotometría y fabricación, con la ampliación de equipamientos de su laboratorio de fotometría y un equipo de encapsulado de dispositivos optoelectromecánicos, que serán financiados con 749.000 euros de la convocatoria estatal.

Las tecnologías ópticas y fotónicas son un elemento fundamental en el desarrollo científico y tecnológico, por la transversalidad y el carácter habilitador de sus aplicaciones. Este tipo de dispositivos se utilizan desde la investigación de frontera hasta la innovación, incidiendo en la práctica totalidad de áreas del conocimiento. Su proceso de desarrollo incluye el diseño óptico, la simulación fotométrica, el diseño electrónico y el mecánico, el prototipado, la integración de subsistemas y la validación de especificaciones, todas ellas desarrolladas en el CD6.

En este campo, los nuevos equipamientos del laboratorio de fotometría con los que se dotará al CD6 permitirán extender las capacidades del centro en caracterización óptica, medidas del color y su reproducción, y polarización de la luz, tanto de fuentes de luz como de detectores o componentes ópticos, para actividades de investigación e innovación. Esto incluye actividades de investigación en una gran diversidad de campos, como la industria 4.0, la automoción, la electrónica, la internet de las cosas o la salud. El equipo de encapsulado refuerza las capacidades actuales de prototipado del CD6 y hará posible el diseño y la fabricación de fuentes de iluminación a medida, donde el encapsulado forma parte del sistema óptico, permitiendo construir dispositivos ópticos más compactos y precisos.

Tal y como explica el investigador Santiago Royo, "estos equipos supondrán un salto cualitativo muy importante en el servicio que se da a los grupos de investigación de la UPC y a entidades y empresas externas, ya que permitirán desarrollar actividades de investigación innovadoras que requieren realizar simulación y medida del color, caracterización de materiales con luz polarizada, propagación de la luz en medios turbios −como en situaciones de niebla o humo−, fabricación de nuevos dispositivos optoelectrónicos o imagen médica, entre otros".