La precisión suele ser imposible cuando todo tiembla; cualquiera que haya intentado alguna vez tomar una fotografía con manos temblorosas o intentar tomar notas escritas a mano en un viaje en autobús lleno de baches lo sabe. En las mediciones técnicas de precisión, incluso las aberraciones más pequeñas representan un problema importante, por ejemplo en microscopios de alto rendimiento o espejos telescópicos alineados con precisión. Incluso las vibraciones más pequeñas, que ni siquiera son perceptibles para los humanos, pueden inutilizar el resultado de la medición.
En la TU Wien se ha inventado un nuevo tipo de tecnología de amortiguación de vibraciones que resuelve estos problemas de una manera inusual: se utilizan imanes electropermanentes. Se trata de imanes que mantienen su magnetismo de forma permanente sin necesidad de fuente de alimentación como los imanes permanentes normales, pero que también tienen adherida una bobina para cambiar rápidamente su magnetización mediante un impulso eléctrico. Esto permite, por ejemplo, suprimir activamente las vibraciones en los espejos de los grandes telescopios y aumentar así considerablemente su eficiencia.
Una plataforma flotante con precisión nanométrica
El sistema de amortiguación de vibraciones de la furgoneta TU consta de una base fija y una plataforma flotante independiente encima. La plataforma está suspendida en el aire y mantenida en su lugar mediante fuertes fuerzas magnéticas. Varios actuadores electromagnéticos pueden entonces ajustar la posición de la plataforma con alta precisión en fracciones de segundo, incluso cuando se montan cargas de varios kilogramos sobre la plataforma.
“En aplicaciones sensibles, como el posicionamiento de piezas de espejos, es importante mantener estable la posición de esta plataforma dentro de unas pocas decenas de nanómetros”, dice el profesor Ernst Senskis del Instituto de Tecnología de Automatización y Control de la TU Viena. “Esto sólo es posible si se pueden compensar incluso las pequeñas vibraciones del suelo, como las que se producen cuando alguien camina fuera del laboratorio o las vibraciones normales de un edificio”.
Por lo tanto, la posición de la plataforma debe medirse con mucha precisión y cualquier movimiento debe contrarrestarse inmediatamente. Esto permite suprimir de forma muy eficaz las vibraciones, especialmente las de baja frecuencia, que suelen ser un problema en este tipo de aplicaciones.
Un electroimán requiere potencia constante.
“Para este tipo de amortiguación activa de vibraciones se utilizan habitualmente electroimanes”, explica el director del instituto, el profesor George Schetter. “A través de las bobinas del campo magnético fluye una corriente y, dependiendo de su intensidad, se pueden generar diferentes fuerzas. Funciona de forma muy rápida y precisa”.
Sin embargo, una gran desventaja de esta tecnología es que la corriente debe fluir continuamente, de lo contrario las fuerzas magnéticas desaparecen inmediatamente. Un imán permanente, por otro lado, puede mantener sus propiedades magnéticas durante cualquier período de tiempo sin ningún suministro de energía externo, una vez que es magnetizado por un campo magnético muy fuerte.
Los imanes permanentes habituales, como los conocemos por las pizarras magnéticas o los imanes de nevera, también se fabrican de esta manera: se necesita un material magnético adecuado y se expone una vez a un fuerte campo magnético. Esto crea un orden magnético en el material, lo que hace que permanezca permanentemente magnético.
Remagnetizar imanes permanentes de forma selectiva
Ahora los investigadores han logrado combinar las ventajas de los electroimanes y los imanes permanentes en la amortiguación de vibraciones mediante un llamado imán electropermanente. “Es un imán permanente que también está adherido a la bobina”, afirma Csencsics. Mientras la fuerza del imán permanente esté en el rango correcto, no se requiere energía y la plataforma flotante permanece en su lugar. Sólo son necesarias pequeñas acciones correctivas de los actuadores para compensar la vibración.
Sin embargo, si la fuerza del imán permanente ya no es suficiente, por ejemplo porque el peso que descansa sobre la plataforma flotante ha cambiado o es necesario inclinarlo, se utilizan métodos más drásticos: una corriente corta y fuerte enviada vía Plus. La bobina crea momentáneamente un campo magnético muy fuerte y, por lo tanto, cambia el magnetismo del imán permanente. Seleccionando la intensidad del impulso magnético correcta, el imán permanente se puede ajustar a un nuevo punto de funcionamiento, en el que permanece permanente de nuevo sin necesidad de suministro de energía.
Prototipo funcional, patente pendiente.
Este control puede automatizarse: el sistema reconoce automáticamente si todavía está cerca del punto de funcionamiento deseado o si es necesaria una remagnetización. “Durante los últimos dos años hemos desarrollado la tecnología de control necesaria y ya funciona muy bien”, afirma Ernst Senskis. Este invento ya ha sido patentado en colaboración con el equipo de apoyo a la investigación y la transferencia de TU Van.
“Con nuestro prototipo hemos demostrado que es posible una supresión de vibraciones muy precisa y energéticamente eficiente”, afirma Georg Schitter. “La tecnología sería perfecta, por ejemplo, para telescopios grandes, que constan de varias secciones de espejo. El telescopio debe poder orientarse en diferentes zonas del cielo y luego el espejo debe orientarse con gran precisión. Tiene que estar alineado y tiene que ser estable en todas partes, para eso nuestra tecnología será ideal”.
Sin embargo, en principio, la tecnología de amortiguación de vibraciones con imanes electropermanentes ciertamente se puede aplicar a otros campos, como por ejemplo en chips semiconductores y ópticas de gran calidad, actuadores adaptativos o tecnología de medición de precisión basada en laboratorio. “Dondequiera que se necesite la mayor precisión posible que pueda verse perturbada por las vibraciones, nuestra tecnología es una solución interesante”, creen los investigadores.
