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Grazer entwickeln kleinsten Partikelsensor der Welt

| Redakteur: Michael Eckstein

TU Graz, ams und Silicon Austria Labs haben einen sehr kompakten und energieeffizienten Partikelsensor für mobile Endgeräte entwickelt. Er kann den Feinstaubgehalt in der Luft in Echtzeit messen und Nutzer bei erhöhten Werten warnen.

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Digitale Spürnase: Der an der TU Graz entwickelte Prototyp des Partikelsensors (das schwarze Quadrat in der Mitte der Platine) im Größenvergleich mit einer Ein-Cent-Münze.
Digitale Spürnase: Der an der TU Graz entwickelte Prototyp des Partikelsensors (das schwarze Quadrat in der Mitte der Platine) im Größenvergleich mit einer Ein-Cent-Münze.
(Bild: Lunghammer – TU Graz)

Kleiner als zwei gestapelte Ein-Cent-Münzen, besonders energieeffizient, wartungsfrei: Der kleinste Partikelsensor der Welt findet sogar in mobilen Endgeräten Platz. Smartphones, Smartwatches oder Fitnessarmbänder können mit diesem 12 mm x 9 mm x 3 mm kleinen Schnüffler erstmals die Qualität der Umgebungsluft in Echtzeit messen und bei erhöhten Feinstaubwerten Alarm schlagen.

Kleiner geht es nicht: „An der Grenze des technisch Machbaren“

Entwickelt hat den Sensor Paul Maierhofer im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der Technischen Universität (TU) Graz (EMS), gemeinsam mit Fachleuten des Halbleiterherstellers ams und mit Forschenden von Silicon Austria Labs (SAL). Die Forschung ist in den Fachgebieten „Mobility & Production“ und „Sustainable Systems“ verankert, zwei von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.

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Grundlage für die Entwicklung waren bekannte Verfahren konventioneller Messgeräte sowie moderne Fertigungs- und Integrationsmethoden, die das Projektteam in einem Innovationsprozess zusammenführten. Die Innovation ist die Miniaturisierung selbst, wie Maierhofer erklärt: „Der Sensor bewegt sich genau an der Grenze des physikalisch und technisch Machbaren.“ Eine Menge Kniffe seien nötig, damit das Produkt in dieser Größe überhaupt funktionieren könne.

Eigenes Verhalten an die Umgebungsluft anpassen

Für die Gesellschaft könne der Partikelsensor einen erheblichen Nutzen bringen, sind sich die Kooperationspartner sicher: Laut einer Studie der Europäischen Umweltbehörde (EEA) sterben allein in Europa jährlich über 400.000 Menschen vorzeitig an den Folgen der Feinstaubbelastung.

Mithilfe von Wearables, die mit dem neuen Sensor ausgestattet sind, könne jeder Bürger die Umgebungsluft überwachen und bei gesundheitsgefährdenden Feinstaubwerten sofort reagieren. „Etwa, indem beim Joggen oder auf dem täglichen Weg in die Arbeit besonders belastete Strecken gemieden werden“, so Alexander Bergmann, Leiter des Instituts für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz und Doktorvater von Paul Maierhofer.

Engmaschige Überwachung der Luftqualität

Doch der Sensor taugt nicht nur für die Integration in Wearables und Smartphones: Auch in lokalen Anwendungen – sowohl im Haushalt als auch im Freien – lässt er sich implementieren und „liefert so eine noch nie dagewesene Vielzahl an Messwerten“. Bergmann ist überzeugt davon, dass das eine Zäsur in der Luftgüteüberwachung darstellt: „Eine engmaschige und flächendeckende Überwachung der Luftqualität scheiterte bisher an der Größe, der Komplexität und an den Kosten aktuell verfügbarer Messsensoren. Hier schließt unser Partikelsensor eine Lücke.“

Die gewonnenen Daten können als Grundlage für weitere Regulierungsmaßnahmen dienen sowie das Feinstaub-Problem noch stärker ins öffentliche Bewusstsein rücken. Mit der von Halbleiterhersteller ams angestrebten Serienfertigung will man einen Preis erreichen, der deutlich unter dem von derzeit verfügbaren Sensoren liegt.

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