La muestra que nos decía cuando amanecía

Hace mucho tiempo asistí a una conferencia de Eusebio Sánchez Álvaro titulada El valor de la precisión. Hablaba del CERN y de lo sofisticados que tienen que ser los instrumentos de medida para poder realizar los experimentos; tan sofisticados que eran capaces de medir cosas inesperadas para las que no están diseñados. En particular, me asombró enormemente que en el antiguo LEP (Large Electron-Positron collider)  podían ¡notar las fases de la Luna en el haz de partículas! Había otras curiosidades sorprendentes, porque también eran sensibles al tren de alta velocidad que va a Ginebra, al nivel del lago Leman, o incluso al terremoto de Turquía de 1999, que pudieron observar directamente con las oscilaciones del haz.

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Efecto de las mareas debidas a la Luna en la energía del haz de partículas del LEP (Fuente: E. Sánchez, CIEMAT)

Este tipo de ejemplos demuestran lo complicada que puede ser la ciencia, porque hay que tener en cuenta tantas cosas que a veces reproducir un experimento puede ser imposible. Hace poco nos hemos encontrado con algo tan inesperado como el efecto de la Luna en el LEP, y quería contároslo.

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Sistema de crecimiento por pulverización catódica

Veréis, últimamente hemos estado trabajando en un sensor ambiental basado en el deterioro de una fina capa de material al exponerse al aire. Si os dijera el material tendría que mataros, así que para que veáis que aprecio mucho a mis lectores, de momento omitiré ese dato. Pero sí os puedo decir que lo depositamos por pulverización catódica, una técnica que ya apareció en nuestro experimento de falsificación de monedas y que es la responsable del último alunecer que hemos tenido.

El caso importante aquí es que nuestro material se oxida en contacto con la atmósfera. Este proceso es muy típico en los metales, donde la oxidación hace que cambien sus propiedades mecánicas, ópticas, eléctricas, etc., razón por la que tienen que repintar la torre Eiffel cada pocos años. Pues bien, lo que nosotros hacemos es medir ese cambio con el tiempo; en concreto medimos cómo cambia la resistividad a medida que se va oxidando la muestra. Es decir, hacemos que una corriente eléctrica atraviese la lámina y medimos con qué facilidad pasa.

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Imagen de microscopio de las 4 puntas para medir resistividad

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Esquema de las 4 puntas (Fuente: pveducation.org)

Hasta hace poco tiempo hemos estado haciendo esto mediante un método conocido como sonda de 4 puntas: pinchas la muestra con cuatro puntas metálicas, haces pasar una corriente entre las dos más externas y mides la caída de potencial en las dos internas restantes. En otras palabras: ley de Ohm. Si la muestra es muy conductora hay muy poca caída de potencial, pero a medida que se oxida nuestro material cada vez cae más voltaje. Es un método muy rápido, aunque no siempre es estable, y además nos exigía medir la muestra todos los días (fines de semana incluídos =) ya que los cambios eran lentos.

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Arduino

Así que decidimos que alguien tenía que trabajar por nosotros y que había que monitorizar el cambio de la resistividad en tiempo real. Para eso necesitábamos mejorar nuestro sistema, así que nos lanzamos a utilizar Arduino, una de esas herramientas de la ciencia aptas para todos los públicos. Para quien no lo conozca Arduino es una plataforma electrónica de código abierto, creada con la idea de que la electrónica sea accesible para todo el mundo. Es muy fácil programarlo y hacer circuitos simples con él en poco tiempo.

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Esquema para medir la resistividad de nuestra muestra. La corriente eléctrica circula a través de la lámina depositada mientras el material es conductor.

Modificamos nuestra muestra para poner contactos metálicos y preparamos un circuito en el que medíamos la resistencia de la muestra por comparación con una resistencia patrón. Ah, se me olvidadaba lo mejor de todo: teníamos un LED rojo que se iluminaba cuando la muestra se volvía muy resistiva. En fin, que quedó muy top. La gran ventaja de este método es que el chip de Arduino es como un Terminator: no se cansa nunca de medir, y podíamos sacar todos los datos que quisiéramos: el paraíso de un científico. Tuve que contenerme porque Arduino te deja medir cada milisegundo, pero al final tomamos una medida cada 15 minutos, lo que acabó siendo una gran idea.

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Evolución de la resistencia de nuestra muestra con el tiempo, con algunos ciclos extraños

Esperábamos que la muestra se fuera deteriorando progresivamente hasta que la resistencia se disparara y finalmente ya no pudiera pasar corriente eléctrica a través de ella. Esto fue exactamente lo que pasó, pero por el camino descubrimos que nuestra muestra tenía unos ciclos extraños.  De repente subía muy rápido, y luego parecía recuperarse, y no sólo eso, sino que además descubrimos que ¡crecía mucho por las noches y bajaba por el día! Nos pareció raro que nuestra muestra fuera como un despertador que decía cuándo había que levantarse.

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Ciclo de 24 horas de temperatura y humedad relativa (Fuente: FAO)

Pensamos que este proceso tenía que estar ligado a algún ciclo meteorológico. Está claro que la temperatura tiene ciclos día/noche, pero sabíamos que el termostato de nuestro laboratorio no se apaga, así que no podía ser debido a eso. Tenía que ser otra cosa. Contactamos con el responsable de la estación meteorológica más cercana, a quién agradezco desde aquí que nos facilitara amablemente sus datos. Por una feliz coincidencia estaba en nuestro mismo campus y además tomaba registros cada 15 minutos.

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Correlación entre resistencia y humedad relativa en nuestro experimento

Comparamos los parámetros atmosféricos con la resistencia de nuestra muestra y entonces tuvimos otra sensación de poder, lo vimos claro: habíamos creado un ¡maravilloso sensor de humedad! La humedad relativa también sigue los ciclos del día y la noche; disminuye cuando hay sol y sube cuando anochece. Por supuesto, dentro del laboratorio la humedad es más baja que fuera, pero nosotros no la controlamos así que sigue los mismos patrones que el exterior. Baja de día y sube de noche, y ¡nuestra humisensible muestra podía notarlo! Sin quererlo acabábamos de descubrir un excelente instrumento para decirnos cuando amanecía… para decirnos “¡Feliz hoy!“.

@DayInLab

3 Respuestas a “La muestra que nos decía cuando amanecía

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