Smart Skin Sensor-Antenne erkennt Risse in Gebäuden

Redakteur: Peter Koller

Mit einem ebenso simplen wie effizienten Sensor wollen Forscher der Georgia Tech in Zukunft Risse in Gebäuden erkennen, lange bevor deren Struktur dadurch gefährdet ist.

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Georgia Tech Wissenschaftler Yang Wang mit dem Dehnungssensor
Georgia Tech Wissenschaftler Yang Wang mit dem Dehnungssensor
(Georgia Tech / Gary Meek)

Der Sensor der Georgia-Tech-Wissenschaftler um Assistant Professor Yang Wang ist an Einfachheit kaum zu übertreffen. Er besteht einfach aus einer Kupfer-basierten Antenne, die darauf optimiert ist, eine ganz bestimmte Frequenz zu empfangen und per Resonanz ein entsprechendes Signal zu emittieren. Die Antenne ist auf einem dehnbaren Polymer als Substrat aufgebracht.

Das Prinzip: Verändert sich durch Dehnung die Struktur der Antenne, wird auch deren Frequenz leicht verändert, was von einem Lesegerät erfasst und ausgewertet werden kann. Ein ebenfalls auf dem Sensor integrierter passiver RFID-Chip sorgt für eine eindeutige Indentifikation des Sensors.

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Wird solch ein Sensor zum Beispiel an dem Stahlträger einer Brücke angebracht, lassen sich so Belastungen, die zu Rissen führen, frühzeitig und mit hoher Genauigkeit erkennen. "Das Beste daran ist, dass es komplett drahtlos und ohne eigene Energieversorgung funktioniert", freut sich Professor Wang.

Allerdings liegt darin auch noch eine Beschränkung. So haben die verwendeten Lesegeräte zwar eine Sende-Reichweite von etwa 15 Metern, die von den Sensoren zurückgespiegelten Signale reichen aber etwa nur drei Meter weit. Um Energie für eine Verstärkung des Signals zu generieren, ohne das grundsätzliche Konzept der Autarkie zu gefährden, soll der Sensor in Zukunft Umgebungsenergie aus elektromagnetischer Strahlung etwa von Fernsehsendern oder Handymasten ernten können (Elektrosmog versorgt Sensornetzwerke mit Strom).

Auch an der Weiterentwicklung des Smart Skin Sensors selbst arbeiten die Forscher. Statt der relativ groben Kupferstrukturen versuchen sie die Antennen per Inkjetdruck mit Silber-nanopartikel-basierter Tinte oder einer Lösung aus Kohlefaser-Nanoröhrchen zu generieren.

Nach Meinung von Yang gehen die Anwendungsmöglichkeiten für den Sensor weit über Brücken oder Gebäude hinaus und könnten zum Beispiel auch in der Luftfahrt eingesetzt werden, um Materialermüdung an Rumpf oder Tragflächen zu erkennen. Siehe dazu auch: Flugzeug-Sensoren brauchen weder Batterie noch Kabel

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