Los investigadores del Instituto Nacional de Est\u00e1ndares y Tecnolog\u00eda (NIST) han desarrollado una forma de utilizar el sonido para detectar cu\u00e1ndo las bater\u00edas de iones de litio est\u00e1n a punto de incendiarse. El equipo del NIST incluy\u00f3 a Wai Cheong “Andy” Tam y Anthony Putorti.<\/p>\n\n\n\n
Las bater\u00edas de iones de litio est\u00e1n a nuestro alrededor: pueden estar en tu tel\u00e9fono, en tu computadora port\u00e1til, en una bicicleta el\u00e9ctrica o en un autom\u00f3vil el\u00e9ctrico. Puede haber varias al alcance de la mano y cientos de ellas en tu edificio.<\/p>\n\n\n\n
Estas bater\u00edas son populares porque pueden almacenar mucha energ\u00eda en un espacio peque\u00f1o. Esa cualidad las hace \u00fatiles, pero tambi\u00e9n conlleva peligro. Si una bater\u00eda de iones de litio se calienta demasiado o se da\u00f1a, puede incendiarse o incluso explotar. Y el riesgo de incendios de bater\u00edas est\u00e1 aumentando. En 2023, el departamento de bomberos de la ciudad de Nueva York respondi\u00f3 a 268 incendios residenciales iniciados por bater\u00edas en bicicletas el\u00e9ctricas, que causaron 150 heridos y 18 muertos.<\/p>\n\n\n\n
Estos incendios son tan peligrosos porque se calientan much\u00edsimo, casi instant\u00e1neamente. Una bater\u00eda puede emitir un chorro de llamas de hasta 1.100\u00b0C, casi tan caliente como un soplete, y alcanza esa temperatura en aproximadamente un segundo. Esto difiere radicalmente de otros tipos de incendios residenciales, que normalmente comienzan m\u00e1s lentamente como una llama peque\u00f1a. En esos incendios, el humo tiene m\u00e1s tiempo para llegar a una alarma de humo y advertir a las personas del peligro.<\/p>\n\n\n\n
Adem\u00e1s de calentarse m\u00e1s r\u00e1pido, una bater\u00eda de iones de litio no produce mucho humo para detectar durante las primeras etapas de la falla. Para cuando ese humo limitado activa una alarma de humo tradicional, puede ser demasiado tarde para evitar que el fuego se propague. Por lo tanto, ser\u00eda \u00fatil tener una forma de detectar estos incendios de forma temprana.<\/p>\n\n\n\n
“Mientras miraba videos de bater\u00edas que explotaban, not\u00e9 algo interesante”, dijo Tam. “Justo antes de que comenzara el incendio, la v\u00e1lvula de seguridad de la bater\u00eda se rompi\u00f3 e hizo un peque\u00f1o ruido. Pens\u00e9 que podr\u00edamos usarlo”. No fue el primero en hacer esta observaci\u00f3n, pero quer\u00eda ver si pod\u00eda probar la idea por s\u00ed mismo.<\/p>\n\n\n\n
Antes de que una bater\u00eda de iones de litio se incendie, una reacci\u00f3n qu\u00edmica hace que se acumule presi\u00f3n en el interior. La bater\u00eda comienza a hincharse. Muchas celdas de bater\u00edas de iones de litio no pueden expandirse porque tienen carcasas duras.<\/p>\n\n\n\n
Muchas de estas carcasas duras contienen una v\u00e1lvula de seguridad dise\u00f1ada para romperse y liberar esta presi\u00f3n. Esta v\u00e1lvula de seguridad al romperse es el sonido que Tam escuch\u00f3 en los videos. Es un silbido caracter\u00edstico, un poco como el sonido de abrir una botella de refresco.<\/p>\n\n\n\n
Estudios anteriores han observado que el sonido podr\u00eda usarse en un sistema de alerta temprana. Pero hay muchos sonidos en el mundo que son similares a una v\u00e1lvula de seguridad al romperse, como el uso de una grapadora o la ca\u00edda de un clip.<\/p>\n\n\n\n
Un detector no ser\u00eda muy \u00fatil si cualquier ruido aleatorio en una habitaci\u00f3n lo activara. Por lo tanto, los investigadores necesitaban un software que pudiera reconocer de manera confiable el sonido de una v\u00e1lvula de seguridad al romperse y no detectar otros ruidos. Decidieron usar IA. Tam y Putorti entrenaron un algoritmo de aprendizaje autom\u00e1tico para reconocer este ruido distintivo.<\/p>\n\n\n\n
Para que el algoritmo funcionara, primero necesitaban muchos ejemplos del sonido. A trav\u00e9s de una colaboraci\u00f3n con un laboratorio de la Universidad de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Xi’an, grabaron el audio de 38 bater\u00edas que explotaban. Luego ajustaron la velocidad y el tono de esas grabaciones para ampliarlas a m\u00e1s de 1.000 muestras de audio \u00fanicas que podr\u00edan usar para ense\u00f1arle al software c\u00f3mo suena una v\u00e1lvula de seguridad que se rompe.<\/p>\n\n\n\n
El algoritmo funciona notablemente bien. Usando un micr\u00f3fono montado en una c\u00e1mara, los investigadores detectaron el sonido de una bater\u00eda sobrecalentada el 94% del tiempo.<\/p>\n\n\n\n
“Trat\u00e9 de confundir al algoritmo usando todo tipo de ruidos diferentes, desde grabaciones de personas caminando, hasta puertas que se cierran, o latas de Coca-Cola que se abren”, explic\u00f3 Tam. “Solo unos pocos de ellos confundieron al detector”.<\/p>\n\n\n\n
Tam present\u00f3 los resultados de su estudio en el 13\u00ba Simposio Asia-Ocean\u00eda sobre Ciencia y Tecnolog\u00eda del Fuego. \u00c9l y Putorti han solicitado una patente y planean continuar esta l\u00ednea de investigaci\u00f3n con m\u00e1s tipos de bater\u00edas y micr\u00f3fonos.<\/p>\n\n\n\n
En sus pruebas, observaron que la v\u00e1lvula de seguridad se rompi\u00f3 unos dos minutos antes de que la bater\u00eda fallara catastr\u00f3ficamente. Tambi\u00e9n planean verificar ese tiempo de advertencia con m\u00e1s experimentos en una gama m\u00e1s amplia de bater\u00edas.<\/p>\n\n\n\n
Una vez que est\u00e9 completamente desarrollada, esta tecnolog\u00eda podr\u00eda usarse para construir un nuevo tipo de alarma contra incendios. Estas alarmas podr\u00edan instalarse en hogares y edificios de oficinas, o en lugares con muchas bater\u00edas, como almacenes y estacionamientos de veh\u00edculos el\u00e9ctricos. La advertencia anticipada que brindan podr\u00eda dar tiempo a las personas para evacuar. La clave para una relaci\u00f3n saludable con las bater\u00edas de iones de litio podr\u00eda ser simplemente escuchar con atenci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n