Dispositivos optoelectrónicos programables construidos por proteínas modificadas genéticamente

Investigadores rusos y sus colaboradores internacionales desarrollan una fotocélula bioelectrónica completamente funcional utilizando una molécula de una proteína fluorescente unida a un nanotubo de carbono.

Cuando se expone a la luz, el sistema puede cambiar sus propiedades electrónicas y funcionar emitiendo luz o como una célula de memoria, dependiendo de cómo se adjunte la proteína al tubo. Los hallazgos del equipo abren la puerta a nuevos elementos electrónicos, dispositivos de memoria y células solares ecológicos.

En láseres, diodos emisores de luz (LED) y algunos dispositivos de memoria se utilizan dispositivos optoelectrónicos capaces de almacenar y transmitir información respondiendo a varias longitudes de onda de luz. Son de particular interés los sistemas híbridos que contienen biomoléculas, como proteínas, junto con elementos electrónicos. Gracias a su bajo costo, seguridad ambiental y buen desempeño óptico, los sistemas híbridos pueden usarse como componentes en electrónica molecular, LED, láseres avanzados y transistores ópticos.


Microchip con un transistor bio-optoelectrónico

Investigadores del Instituto de Tecnología Electrónica de Moscú (MIET), el Instituto de Física Lebedev de RAS y el Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo (Skoltech) en Moscú y sus colegas del Reino Unido, Finlandia y Serbia, modificaron nanotubos de carbono utilizando la proteína fluorescente verde (GFP).

«En la configuración examinada, un nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT) funciona como un conductor activo y portador de una molécula de proteína, mientras que el grupo de fenilazida proporciona un entrecruzamiento covalente para los portadores de carga comunes entre los componentes del dispositivo», explica el profesor de Skoltech Albert Nasibulin, jefe del Laboratorio de Nanomateriales.

Al observar la estructura de los compuestos resultantes, el equipo descubrió que la proteína puede ayudar a controlar el tipo de elemento optoelectrónico que resultará. Dado que el sistema puede intercambiar energía y portadores de carga con el medio ambiente, los autores aprovecharon esta capacidad para construir nuevos nanodispositivos.

“El nanotubo de carbono es indispensable para las estructuras de sensores biomímicos, ya que ayuda a registrar hasta los más mínimos cambios en la estructura y la carga de las biomoléculas individuales a las que está vinculado”, comenta Nikita Nekrasov, estudiante de posgrado en MIET.

Los nanotubos de carbono tienen muchos electrones libres que pueden migrar a la proteína GFP y regresar a través del puente de fenilazida. Los investigadores probaron diferentes opciones de fijación de la GFP, colocando el cilindro en posición vertical o lateral, para ver cómo se comportaba la fotocélula. Descubrieron que si la proteína se colocaba de lado con su lado repelente al agua unido al tubo, todo el sistema se comportaba como un foco que controlaba la conductividad del tubo. Esto sucede porque encender y apagar la luz de excitación provoca un intenso intercambio de electrones entre el nanotubo y la proteína. En cambio, si se unía al tubo la parte de absorción de agua de la proteína, la carga quedaba atrapada entre el nanotubo y la proteína, lo que permitía que el dispositivo almacenara información durante docenas de minutos. A la vez, el elemento permaneció estable durante mucho tiempo gracias a la cubierta proteica protectora.

“Nuestros hallazgos ayudarán a crear dispositivos controlados por luz potentes y compactos para el almacenamiento y transmisión de información. Además, ambas partes de nuestros elementos son biodegradables y, por lo tanto, se pueden utilizar para crear células solares amigables con el medio ambiente”, señala Ivan Bobrinetsky, Doctor en Ciencias Técnicas, director de proyectos de subvenciones de RSF e investigador principal de MIET.

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Artículo original: La investigación, que fue apoyada por una subvención de la Russian Science Foundation (RSF), se publicó en la revista Advanced Functional Materials

Ingenieros desarrollan un tentáculo robótico magnético que puede pasar por los estrechos conductos del pulmón

Ingenieros y científicos han desarrollado un prototipo de robot que puede llegar a algunos de los conductos bronquiales más estrechos de los pulmones para tomar muestras de tejido o administrar terapia contra el cáncer.


Este tentáculo robótico magnético mide solo 2 milímetros de diámetro. Se utilizarán imanes en el exterior del paciente para guiar el robot a su lugar.

El dispositivo ha sido desarrollado por un equipo de ingenieros, científicos y médicos con sede en el Laboratorio STORM de la Universidad de Leeds, que es pionero en el uso de sistemas robóticos para ayudar en los procedimientos de endoscopia y catéter, en los que se inserta un tubo fino en el cuerpo.

Los investigadores han publicado su desarrollo en la revista Soft Robotics.

La prueba del prototipo se basó en pruebas de laboratorio en la que se utilizó una réplica tridimensional de un árbol bronquial, modelado a partir de datos anatómicos. La próxima fase de la investigación investigará la efectividad del dispositivo para navegar por los pulmones de un cadáver.

Límites de la tecnología existente

Actualmente, los médicos utilizan un instrumento llamado broncoscopio para realizar un examen de los pulmones y las vías respiratorias. El procedimiento consiste en pasar un instrumento basado en un tubo flexible de unos 3,5 a 4 milímetros de diámetro a través de la nariz o la boca hasta los conductos bronquiales. Debido a su tamaño, este broncoscopio solo puede llegar hasta los niveles superiores del árbol bronquial.

Para profundizar en los pulmones, se pasa un catéter o tubo fino —que mide unos 2 milímetros de diámetro— a través del broncoscopio y luego hacia los conductos más estrechos de los pulmones. Pero los médicos tienen limitaciones para operar un broncoscopio con este método, y es difícil lograr la movilidad del instrumento y el catéter hasta donde son necesarios.


Clic en la imagen para ver video

El tentáculo robótico magnético, en cambio, fue desarrollado para ser mucho más maniobrable y utiliza un sistema de guía personalizado para cada procedimiento.

El profesor Pietro Valdastri, director del laboratorio STORM que supervisó la investigación, dijo: “Un robot o catéter tentáculo magnético que mide 2 milímetros y cuya forma se puede controlar con campos magnéticos para adaptarse a la anatomía del árbol bronquial puede llegar a la mayoría de las áreas del pulmón, y sería una herramienta clínica importante en la investigación y el tratamiento de un posible cáncer de pulmón y otras enfermedades pulmonares.

“Nuestro sistema utiliza un sistema de guía magnético autónomo que elimina la necesidad de que los pacientes estén bajo rayos X mientras se realiza el procedimiento”.

Tecnología innovadora

Para desarrollar el sistema robótico, el equipo de investigación tuvo que superar dos grandes desafíos. En primer lugar, tenían que hacer un dispositivo que fuera pequeño, flexible y capaz de navegar por las curvas y torsiones de la anatomía del árbol bronquial.

En segundo lugar, necesitaban un sistema autónomo para guiar hasta su lugar el tentáculo robótico magnético, eliminando la necesidad de que un médico maniobre manualmente un instrumento para colocarlo en su lugar, lo que a menudo implica que el paciente esté expuesto a rayos X y puede ser un desafío técnico para el personal medico.

Robot pequeño y flexible

Para reducir el tamaño del robot manteniendo la capacidad de control del movimiento, los investigadores lo fabricaron a partir de una serie de segmentos cilíndricos interconectados, cada uno de 2 milímetros de diámetro y de poca longitud. Los segmentos fueron hechos de un material elastomérico blando similar al caucho, que impregnaron con pequeñas partículas magnéticas.

Debido a la presencia de partículas magnéticas, los segmentos interconectados pueden moverse con cierta independencia bajo el efecto de un campo magnético externo. El resultado es un tentáculo robótico magnético muy flexible, capaz de cambiar de forma y lo suficientemente pequeño como para evitar trabarse en las estructuras anatómicas de los pulmones.

Sistema de guiado

Se usarían imanes montados en brazos robóticos en el exterior del paciente para guiar el dispositivo hacia los pulmones en un proceso que se haría a la medida de cada procedimiento. La ruta a través del árbol bronquial se planifica a partir de exploraciones preoperatorias de los pulmones de un paciente y se programa en el sistema robótico. A medida que se mueven los imanes fuera del paciente, aplican fuerzas sobre las partículas magnéticas en los segmentos del catéter, lo que hace que cambien de forma o dirección. Esto permite maniobrar el robot a través de los pulmones y al sitio de una lesión sospechosa.

Una vez en la ubicación a la que se deseaba llegar, el robot se usa para tomar una muestra de tejido o administrar un tratamiento.

Puede pasar tiempo antes de que la tecnología de «tentáculos magnéticos» esté disponible en un entorno hospitalario. El laboratorio STORM de la Universidad de Leeds está revolucionando la tecnología utilizada en las investigaciones endoscópicas y de catéteres. Han creado un prototipo de endoscopio de bajo costo , utilizado para investigar el tracto gastrointestinal superior, que podría usarse en países de ingresos bajos a medios donde la falta de acceso a equipos costosos está obstaculizando los programas de detección. La tecnología magnética también es el núcleo de un sistema de colonoscopia robótica que es más fácil de operar para el personal y más cómodo para los pacientes.

El laboratorio STORM es parte del Centro de Investigación del Cáncer de Leeds, que se inauguró a principios de año.
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Artículo original: University of Leeds, News Wise, www.newswise.com/articles/engineers-develop-a-magnetic-tentacle-robot-to-pass-into-the-narrow-tubes-of-the-lung

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Arduino anunció Portenta X8, un sistema 2 en 1 en un módulo para AI local y trabajo industrial en tiempo real

Con un total de nueve núcleos, el Portenta X8 viene con Linux precargado aunque se puede programar con el IDE estándar. Es como un Arduino y una Raspberry Pi en un solo módulo compacto de grado industrial.

Arduino, como parte de las celebraciones de la Semana Arduino 2022, ha anunciado el sistema en módulo (SOM) Portenta X8 de alto rendimiento que ejecuta un sistema operativo basado en Linux precargado y que incluye un total de nueve núcleos de cómputo en microprocesadores y microcontroladores para obtener IA de borde (procesamiento local, o casi local, en lugar de ejecución en algún lugar de la nube), y cargas de trabajo en tiempo real.


El último lanzamiento en la creciente familia Portenta de dispositivos Arduino Pro, la placa Portenta X8 es, con mucho, la más poderosa y compacta. Combina el enfoque tradicional de Arduino de capacidades de microcontrolador en tiempo real con un potente procesador Arm de cuatro núcleos, compatible con Linux, más o menos equivalente en rendimiento a una Raspberry Pi.

El corazón de la placa es un NXP i.MX 8M Mini, un sistema en chip compatible con Linux con cuatro procesadores Arm Cortex-A53 que funcionan hasta 1,8 GHz, más un único núcleo Arm Cortex-M4 en tiempo real que funciona hasta 400MHz. Además de esto, Arduino ha agregado un microcontrolador STMicro STM32H747XI con dos núcleos Cortex-M7 que funcionan hasta 480MHz y un solo núcleo Cortex-M4 que funciona hasta 240MHz. Así que, en total, la placa compacta cuenta con nueve núcleos de cómputo, más 2 GB de memoria LPDDR4, 16 GB de almacenamiento eMMC y una conectividad gigabit Ethernet PHY más Wi-Fi y Bluetooth Low Energy (BLE).

Diseñado para su uso con la plataforma de operaciones de desarrollador basada en la nube (DevOps) de Foundries.io, el Portenta X8 viene precargado con un sistema operativo Linux microPlatform de código abierto que ofrece un sistema de virtualización, que separa las aplicaciones que se ejecutan en contenedores sobre una capa de virtualización del sistema operativo seguro subyacente.

Especificaciones de Arduino Portenta X8:

  • SoC: NXP i.MX 8M Mini Cortex-A53 de cuatro núcleos hasta 1,8 GHz, 1 núcleo Cortex-M4 en tiempo real hasta 400 MHz.
  • Microcontrolador: STMicro STM32H747AII6 Cortex-M7 @ 480 MHz + M4 @ 240 MHz MCU con 2 MB de memoria flash de doble banco, 1 MB de RAM, acelerador de hardware de gráficos Chrom-ART
  • Memoria del sistema: 2 GB LPDDR4
  • Almacenamiento: flash eMMC de 16 GB
  • conectividad
    •      Interfaz Gigabit Ethernet
    •      802.11 b/g/n Wi-Fi 4 y Bluetooth 4.1 (Infineon CYW4343W)
    •      Interfaz de Video: interfaces MIPI DSI y CSI a través de un conector de expansión de 80 pines, DisplayPort a través del puerto USB-C
    •      USB: 1 puerto USB 2.0 tipo C para alimentación (PD), programación y salida DisplayPort
    •      E/S: 2 conectores de alta densidad de 80 pines con CAN, PCIe, SAI, MIPI, DSI, SPI, I2S, I2C, UART, PDM
  • Seguridad – elemento seguro NXP SE0502, PSA by Arm
  • Fuente de alimentación: 5 V a través del puerto USB-C
  • Dimensiones – 66,04 x 25,4 mm
  • Rango de temperatura – -40°C a +85°C

Arduino espera una amplia adopción de la industria para esta nueva placa. La compañía ha incluido un elemento de seguridad de hardware NXP SE050C2 y ha obtenido la certificación PSA, la certificación Arm SystemReady, y ha integrado los servicios de Parsec, lo que lo convierte en uno de los primeros dispositivos disponibles que cumplen con los especificaciones de Arm’s Project Cassini.

Si bien Arduino ya hizo el lanzamiento de la placa, no está del todo lista para la distribución: la compañía espera que las primeras unidades Portenta X8 estén disponibles a mediados de abril, a un precio de u$s 239.
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Fuentes: https://www.hackster.io/ y https://www.arduino.cc/

Con la naturaleza como modelo, BirdBot logra gran eficiencia energética al caminar

Si un Tyrannosaurus Rex -que vivió hace 66 millones de años- presentaba una estructura de patas similar a la de un avestruz que hoy corre por la sabana, entonces podemos suponer que las patas de las aves resistieron la prueba del tiempo, lo que es un buen ejemplo de selección evolutiva.

Graciosas, elegantes, poderosas: la forma de caminar y correr de las aves no voladoras como el avestruz es una maravilla mecánica. Los avestruces, algunos de los cuales pesan más de 100 kg, corren por la sabana a una velocidad de hasta 55 km/h. Se cree que el excelente desempeño locomotor del avestruz es posible gracias a la estructura de las patas del animal. A diferencia de los humanos, cuando las aves doblan las patas hacia atrás levantan las patas hacia el cuerpo.

¿Por qué los animales hacen esto? ¿Por qué este patrón de movimiento del pie es energéticamente eficiente para caminar y correr? ¿Y se puede transferir la estructura de las patas del ave con todos sus huesos, músculos y tendones a robots caminadores?


Alexander Badri-Spröwitz ha dedicado más de cinco años a este tema. En el Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS), dirige el https://dlg.is.mpg.de/ Grupo de Locomoción Dinámica. Su equipo trabaja en la interfaz entre biología y robótica en el campo de la biomecánica y el neurocontrol. El foco principal del grupo es la locomoción dinámica en animales y robots.

Junto con su estudiante de doctorado Alborz Aghamaleki Sarvestani, Badri-Spröwitz ha construido una pata de robot que, al igual que su modelo natural, es energéticamente eficiente: BirdBot necesita menos motores que otras máquinas y, en teoría, podría ser escalado a un gran tamaño. Badri-Spröwitz, Aghamaleki Sarvestani, el especialista en robótica Metin Sitti, director de MPI-IS, y la profesora de biología Monica A. Daley de la Universidad de California, Irvine, publicaron su investigación en la reconocida revista Science Robotics el 16 de marzo de 2022.


Al caminar, los humanos levantan los pies y doblan las rodillas, pero los pies y los dedos de los pies apuntan hacia delante, casi sin cambios de posición. Se sabe que los pájaros son diferentes: en la fase de balanceo, doblan las patas hacia atrás. Pero, ¿cuál es la función de este movimiento?

Badri-Spröwitz y su equipo atribuyen este movimiento a un acoplamiento mecánico. “No es el sistema nervioso, no son los impulsos eléctricos, no es la actividad muscular”, explica Badri-Spröwitz. “Presumimos una nueva función del acoplamiento pie-pata a través de una red de músculos y tendones que se extiende a través de múltiples articulaciones”. Estos músculos-tendón en varias articulaciones coordinan el giro de la pata en la fase de balanceo. En este robot, han implementado la mecánica acoplada en la pata y el pie, lo que permite que el robot camine de manera eficiente y robusta.

Los resultados de estas pruebas que demuestran el funcionamiento del mecanismo en un robot, llevan a creer que también para las aves similares se producen estos beneficios de eficiencia”, explica.

El acoplamiento de las articulaciones de las patas y los pies, y las fuerzas y movimientos involucrados, podrían ser la razón por la cual un animal grande como un avestruz no solo puede correr rápido, sino también estar de pie sin cansarse, especulan los investigadores. Una persona que pesa más de 100 kg también puede estar de pie bien durante mucho tiempo, pero solo con las rodillas ‘trabadas’ en una posición extendida. Si la persona se agacha un poco, se vuelve extenuante después de unos minutos. Al ave, sin embargo, no parece importarle la estructura de la articulación de sus patas; muchas aves incluso se paran erguidas mientras duermen.

La pata de un pájaro robótico debería poder hacer lo mismo: no debería ser necesaria la potencia de un motor para sostener la estructura en pie.

El robot camina en la caminadora

Para probar su hipótesis, los investigadores construyeron una pata robótica modelada a partir de la pata de un pájaro no volador. Construyeron su pata de pájaro artificial de tal modo que su pie no tiene motor, sino una articulación equipada con un mecanismo de resorte y cable. El pie se acopla mecánicamente al resto de articulaciones de la patas mediante cables y poleas.

Cada pata contiene solo dos motores: el motor de la articulación de la cadera, que balancea la pata hacia adelante y hacia atrás, y un pequeño motor que flexiona la articulación de la rodilla para levantar la pata.

Después del ensamblaje, los investigadores pusieron a BirdBot en una caminadora para observar cómo se plegaba y desplegaba el pie del robot.


“Las articulaciones de los pies y las patas no necesitan activación en la fase de apoyo”, dice Aghamaleki Sarvestani. “Los resortes impulsan estas articulaciones, y el mecanismo de resorte-tendón en las múltiples articulaciones coordina los movimientos. Cuando la pata entra en la fase de balanceo, el pie desacopla el resorte de la pata, o resorte músculo-tendón, como creemos que sucede en los animales”, agrega Badri-Spröwitz. Un video AQUI muestra a BirdBot caminando en el laboratorio del grupo de investigación.

Cero esfuerzo al estar de pie y al flexionar la pata y la rodilla

Al estar de pie, la pata no gasta nada de energía. “Antes, nuestros robots tenían que trabajar extendiendo un resorte o con un motor, ya sea cuando estaban de pie o cuando levantaban la pata, para evitar que la pata chocara contra el suelo durante el balanceo de la pata. Este gasto de energía no es necesaria en las patas de BirdBot”, dice Badri-Spröwitz y Aghamaleki Sarvestani agrega: “En general, el nuevo robot requiere solo una cuarta parte de la energía de su predecesor”.

De nuevo en la cinta deslizante, el robot comienza a correr y, con cada movimiento de la pata, el pie afloja el resorte de la pata. Para levantarse, el movimiento amplio de la pata afloja el cable y las restantes articulaciones de la pata se balancean flojas. Esta transición de estados entre estar de pie y balancear las patas se logra en la mayoría de los robots por medio un motor en la articulación. Un sensor envía una señal a un controlador, que enciende y apaga los motores del robot.

“Antes, los motores se turnaban dependiendo de si la pata estaba en la fase de balanceo o de apoyo. Ahora el pie asume esta función en la máquina para caminar, cambiando mecánicamente entre el apoyo y el balanceo. Solo necesitamos un motor en la articulación de la cadera y un motor para doblar la rodilla en la fase de balanceo. Dejamos el enganche y desenganche del resorte de la patas a la mecánica inspirada en las aves. Esto es sólido, rápido y de bajo consumo, dice dice Badri-Spröwitz.

En varios de sus primeros estudios de biología, Monica Daley observó que la estructura de las patas del ave no solo ahorra energía al caminar y estar de pie, sino que también está adaptada por la naturaleza para que el animal difícilmente tropiece y se lastime. En experimentos con gallinas de Guinea corriendo sobre baches ocultos, cuantificó la notable robustez de locomoción de las aves.

El sistema tiene integrada una inteligencia morfológica que le permite al animal actuar con rapidez, sin tener que pensar en ello. Daley había demostrado que los animales controlan sus patas durante la locomoción no solo con la ayuda del sistema nervioso. Si un obstáculo inesperado se encuentra en el camino, no siempre es el sentido del tacto o la vista del animal el que entra en juego.

“La estructura con sus músculos-tendones de múltiples articulaciones, y su movimiento único del pie pueden explicar por qué hasta las aves grandes y pesadas corren tan rápido, con tanta fuerza y con un consumo energético eficiente. Asumiendo que todo en el ave se basa en la detección y la acción, y el animal pisa un obstáculo inesperado, no es posible que el animal pudiese reaccionar lo suficientemente rápido. La percepción y la detección, incluso la transmisión de los estímulos y la reacción, llevan tiempo”, dice Daley.

Sin embargo, el trabajo de 20 años de Daley sobre pájaros en movimiento demuestra que los pájaros responden más rápido de lo que permite el sistema nervioso, lo que indica que en el control existen contribuciones mecánicas. Ahora que el equipo desarrolló BirdBot, un modelo físico que demuestra directamente cómo funcionan estos mecanismos, todo tiene más sentido: la pata se adapta mecánicamente si hay un bache en el suelo. El cambio ocurre de inmediato y sin demora. Al igual que las aves, el robot presenta una gran robustez de locomoción.

Ya sea en la escala de un Tyrannosaurus Rex, o una pequeña codorniz. O una pata robótica pequeña o grande, teóricamente ahora se pueden implementar patas de un metro de altura para transportar robots con un peso de varias toneladas y que caminen con poca energía.

La información adquirida a través de BirdBot en el desarrollo realizado en Dynamic Locomotion Group y la Universidad de California, Irvine, nos lleva a un nuevo conocimiento sobre los animales, que se adaptan a la evolución. Los robots permiten poner a prueba la hipótesis de la Biología, y en ocasiones confirmarlas, y así avanzar en ambos campos.

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Artículo original: BirdBot achieves energy-efficient gait with minimal control using avian-inspired leg clutching. Alexander Badri-Spröwitz, Alborz Aghamaleki Sarvestani, Metin Sitti y Monica A. Daley. Science Robotics, Vol 7, Issue 64. DOI: 10.1126/scirobotics.abg4055

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Medición de temperatura y humedad con DHT11

El sensor integrado DHT11 permite obtener datos de la temperatura y humedad ambiente con facilidad. Es utilizable perfectamente en estaciones meteorológicas, locales o remotas, sistemas de control ambiental en el hogar, y equipos de monitoreo de invernaderos, cultivos o jardines.

Una de las ventajas de este sensor es que, a diferencia de otros sensores analógicos, como el LM35, nos envía la información en serie, de modo que se puede conectar a una entrada digital del microcontrolador. Así se evitan los problemas de ruido inherentes a las líneas que conducen señales analógicas.



Rangos de medición y precisión del DHT11:

  • Rango de humedad: 20-90% HR (Humedad Relativa)
  • Precisión de humedad: ±5% HR (Humedad Relativa)
  • Rango de temperatura: 0-50 °C
  • Precisión de temperatura: ±2% °C
  • Voltaje de funcionamiento: 3 V a 5,5 V.

Veremos primero un poco sobre la Humedad. Luego estudiaremos cómo mide la humedad el DHT11. Después explicaremos cómo conectarlo a un Arduino y mostraremos un código de ejemplo para utilizar el DHT11 en tus proyectos.

¿Qué es la Humedad Relativa?

El DHT11 mide humedad relativa. La humedad relativa es la cantidad de vapor de agua en el aire ( e, o «presión de vapor real» ) respecto al punto de saturación de vapor de agua en el aire ( es , o «presión de vapor estándar», que es el valor correspondiente a 100%). En ese punto de saturación ( es ), el vapor de agua comienza a condensarse y acumularse en las superficies formando rocío.

El punto de saturación cambia con la temperatura del aire. El aire frío puede contener menos vapor de agua al saturarse, y el aire caliente puede contener más vapor de agua al saturarse.

La fórmula para calcular la humedad relativa es:



DHT11, un sensor integrado para la temperatura y humedad

El DHT11 se puede comprar en dos presentaciones: el sensor individual, que es una cápsula plástica integrada como la que se ve en la foto inicial de este artículo, o el mismo módulo básico DHT11 pero soldado en una placa de circuito impreso de base.

Hay una diferencia de precio que, a nuestro entender, no es justificada. La versión con plaqueta base (Printed Circuit Board) viene con un resistor de polarización a VCC (pull-up) y en ocasiones un LED que indica que está alimentado. La versión  sin plaqueta base tiene 4 pines y la versión con plaqueta base tenemos 3 pines.

Las conexiones son levemente diferentes, y en cada modelo hay que leer los rótulos en el borde de la plaqueta para identificar bien dónde hacer las conexiones. Lo más importante es determinar cuál es la alimentacion, VCC, generalmente +5V, y cuál es tierra o negativo. El pin de señal, identificado con S, OUT, DOUT, DATA, como es obvio queda determinado por descarte.



DHT11 sin plaqueta base

Los pines de la versión sin PCB del DHT11 son:

  • VCC: alimentación
  • I/O: transmisión de datos
  • NC: no conecta, pin al aire
  • GND: conexión a tierra



DHT11 sobre plaquetas

Los pines de la versión con PCB del DHT11 son:

  • GND: conexión con tierra
  • DATA: transmisión de datos
  • VCC: alimentación

Características técnicas del DHT11

Siempre es aconsejable dar una mirada a la hoja de características técnicas para ver detalles de funcionamiento el DHT11.

Hoja de datos del DHT11

Modelo DHT11
Alimentación de 3,5 V a 5 V
Consumo 2,5 mA
Señal de salida Digital
Temperatura  
Rango de 0°C a 50°C
Precisión a 25°C ± 2°C
Resolución 1°C (8-bit)
Humedad  
Rango de 20% RH a 90% RH
Precisión entre 0°C y 50°C ± 5% RH
Resolución 1% RH

¿Cómo envía datos el DHT11?

La señal de salida es digital, enviada en serie por una sola línea.

Hay al menos dos versiones del sensor de temperatura y humedad DHT11, veremos cómo tendríamos que conectarlo a un Arduino. En cualquiera de los casos, ingresamos a un pin digital.

La alimentación puede ser de 3,5V a 5V. No es problema al conectarlo a un Arduino estándar, ya que tenemos salida de 5V. No funcionará alimentándolo con la salida de 3,3 V, ya que el valor está por debajo de las especificación de alimentación del módulo.

Antes de conectar el sensor es conveniente ver estas consideraciones:

  • La hoja de datos recomienda un resistor de polarización (pull-up) de 5 kΩ para un cable de longitud de hasta 20 metros. No es un valor que se consiga fácil, por lo que utilizaremos un valor estándar de 4.7KΩ, o mejor 5.6KΩ.
  • Se recomienda tomar mediciones cada 5 segundos. Un periodo menor puede ocasionar que los datos no sean precisos.

Una vez leídas y entendidas las consideraciones, veremos los diagramas para los dos modelos.

Conexionado para el DHT11

Para conectar el circuito de una aplicación típica con un DHT11, debemos poner un resistor de polarización (pull-up) conectado a la salida digital.

El sensor tiene 4 pines: VCC (de 3,5V a 5V), la entrada/salida digital, un pin sin uso (NC, no conectado), y la toma de tierra GND.




El diagrama de conexión es el siguiente:



Conexionado para el DHT11 sobre una plaqueta base

El DHT11 ya soldado en un PCB posee el resistor pull-up. Puede resultar muy útil en ocasiones, pero si añadimos un cable de más de 20 metros, deberemos tener en cuenta este factor.

Este módulo con DHT11 dispone de 3 pines: la toma de tierra GND, DATA para los datos, y la alimentación VCC (de 3,5V a 5V). En la siguiente imagen se puede ver el esquema de conexión con Arduino.



Diferentes versiones del módulo DHT11 montado sobre una plaqueta

Debido a la amplia variedad de montajes que se encuentran en el mercado, todas ellas con diferentes disposiciones de señales al exterior, es importante leer la indicación impresa en la plaqueta. Por lo general se observa un signo +, un signo -, y la señal marcada como S, OUT, DOUT o DATA. Es recomendable mirar muy bien las indicaciones antes de conectar, en especial dónde se debe aplicar la alimentación: GND o tierra y VCC o 3,5 a 5V



Programando el DHT11 desde el IDE de Arduino

Mostrar Humedad y Temperatura en el Monitor Serie

Para trabajar con el DHT11 en el Arduino, lo más práctico es instalar la biblioteca DHTlib, que ya viene con todas las funciones necesarias para obtener las lecturas de humedad y temperatura del sensor.

Es fácil de instalar, simplemente descargue el archivo DHTlib.zip en el enlace a continuación y abra el IDE de Arduino. Luego vaya a Sketch > Include Library > Add .ZIP Library y seleccione el archivo DHTlib.zip

DHTlib

Una vez que se ha instalado, cargue este programa de ejemplo en Arduino y abra el monitor serie:

#include <dht.h>
dht DHT;
#define DHT11_PIN 7

void setup(){
  Serial.begin(9600);
}

void loop(){
  int chk = DHT.read11(DHT11_PIN);
  Serial.print("Temperatura = ");
  Serial.println(DHT.temperature);
  Serial.print("Humedad = ");
  Serial.println(DHT.humidity);
  delay(5000);
}

Si todo funciona correctamente, debería ver las lecturas de humedad y temperatura a intervalos de 5 segundos.

Si no desea utilizar el pin 7 para la señal de datos, puede cambiar el número de pin en la línea 5 donde dice #define DHT11_PIN 7.

Uso de los datos en otros programas

¿Qué sucede si no desea solo tomar las lecturas reales de Humedad y Temperatura, pero las necesita para calcular o controlar otras cosas? El siguiente código es el mínimo necesario para inicializar el sensor. Puede agregar esto a los programas existentes y usar DHT.humedad y DHT.temperatura como variables en cualquier función.

#include <dht.h>
dht DHT;
#define DHT11_PIN 7

void setup(){
// sin contenido
}

void loop(){
  int lectura = DHT.read11(DHT11_PIN);

// aquí líneas de código para utilizar los datos en la variable 'lectura'

  delay(1000);
}

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