Miniaturizan el sismómetro para la Luna y Marte hasta apenas unos milímetros.

Investigadores crearon un sismómetro microelectromecánico cuyo elemento sensible ocupa solo 5,2 × 6,5 mm. El nuevo sensor sísmico está diseñado para registrar vibraciones superficiales débiles y, en perspectiva, podría utilizarse en redes compactas de vigilancia en la Luna, Marte y otros cuerpos celestes. Por ahora el instrumento se probó solo en la Tierra, donde el prototipo pudo registrar terremotos a miles de kilómetros.

Las dimensiones de varios milímetros se refieren específicamente al chip sensible, no al instrumento completo. Durante las pruebas el chip estaba dentro de una carcasa cerámica, se conectó a una placa de circuito impreso separada y funcionó en una cámara de vacío. Los autores esperan trasladar parte de la electrónica a un circuito integrado especializado para reducir el tamaño de todo el sistema.

El principal problema de los sismómetros miniaturizados está relacionado con el compromiso entre sensibilidad y rango de medidas. Cuanto más reacciona el sensor a desplazamientos mínimos, más fácil es sacar al elemento sensible del rango de trabajo con un impulso más fuerte. Los desarrolladores cambiaron la forma de los electrodos en peine capacitivos, haciendo que el espacio entre ellos fuera ondulado. Esa geometría permitió reducir aproximadamente tres veces la no linealidad de las mediciones sin pérdida de sensibilidad y aumentar el desplazamiento admisible de la parte móvil.

Dentro del chip, una pequeña masa inercial está fijada a cuatro vigas en voladizo. Bajo aceleración la masa se desplaza, cambiando la capacitancia entre los electrodos móviles y los fijos, tras lo cual la electrónica convierte el cambio de capacitancia en una señal eléctrica. Los investigadores añadieron masa adicional en disposición vertical, de modo que aumentaron la sensibilidad sin un incremento notable del área del chip.

Otra técnica está relacionada con la rigidez negativa electrostática. Al variar la tensión en los electrodos, los desarrolladores pueden reducir la frecuencia de resonancia efectiva del sistema mecánico y con ello disminuir el ruido intrínseco del sensor. En los experimentos la frecuencia de resonancia se redujo aproximadamente de 168 a 122 Hz, y el nivel de ruido propio a 1 Hz fue de 5,5 nano-g/√Hz. El límite calculado, determinado por el movimiento térmico del sistema mecánico, es aproximadamente 4,9 nano-g/√Hz.

El sismómetro funciona en un rango lineal hasta ±34 milli-g, ofrece una banda de paso de 70 Hz y un rango dinámico de 136 dB a 1 Hz. Con aceleraciones por encima de aproximadamente 52 milli-g se produce un colapso electrostático en el que la masa móvil es atraída hacia los electrodos fijos. Por ello el prototipo está orientado principalmente a señales sísmicas débiles, y no a la medición de aceleraciones muy fuertes.

La sensibilidad práctica se comprobó de forma continua durante 48 horas. En ese periodo el sensor registró un terremoto de magnitud 7,0 a 3682 km y un evento de magnitud 5,5 a 1240 km del lugar de las pruebas. En las grabaciones se lograron distinguir ondas longitudinales, transversales y superficiales, y la similitud de la forma de las señales con las lecturas de un sismómetro de referencia comercial alcanzó el 99,1%.

La miniaturización es especialmente importante para la sismología planetaria, porque un sensor permite estudiar las vibraciones solo en un punto limitado, mientras que una red de numerosos instrumentos ayuda a determinar con mayor precisión las fuentes de los impulsos y a investigar la estructura interna del cuerpo celeste. En 2018 la misión marciana InSight llevó a la superficie de Marte el conjunto SEIS con sensores de banda ancha y de corto periodo. El sistema registró marsismos y permitió estudiar la estructura de la corteza, el manto y el núcleo del planeta.

En la Luna la tecnología microelectromecánica ya pasó una verificación práctica. En 2023 la misión Chandrayaan-3 entregó el sismómetro ILSA, compuesto por seis acelerómetros de alta sensibilidad. El instrumento registró vibraciones por el movimiento del rover y un evento separado que los especialistas consideraron presumiblemente natural, aunque su origen requirió análisis adicional.

El siguiente paso en el desarrollo de la sismología lunar está planificado para 2027. En el marco del Farside Seismic Suite se pretende llevar dos sismómetros al cuenca Schrödinger en la cara oculta de la Luna. Las futuras mediciones deberían, por primera vez, aportar datos sísmicos de la cara oculta del satélite y ayudar a evaluar la frecuencia de lunasismos, los impactos de pequeños meteoritos y la estructura interna de la Luna.

El nuevo prototipo aún no está destinado a una misión espacial concreta y no ha sido probado en la Luna ni en Marte. Los autores consideran el desarrollo como base para redes sísmicas planetarias distribuidas. La pequeña área del elemento sensible, la fabricación relativamente simple y la posibilidad de integrar más la electrónica podrían permitir desplegar en la superficie no un único instrumento grande, sino numerosos puntos de observación compactos.