Mobile elektronische Geräte lernen riechen

Siemens-Forschern gelang die Entwicklung von neuartigen Minisensoren, die Gase und Gerüche wahrnehmen können.

Mobile elektronische Geräte werden in Zukunft den Ozongehalt der Luft erspüren und bei Überschreitung der Grenzwerte warnen oder auf Brandgeruch und Gasaustritt hinweisen. So könnten etwa Reisende ihr eigenes Warngerät mit sich führen, das sie aus dem Schlaf weckt, wenn Gefahr im Verzug ist.

„Wir haben neue Funktionsprinzipien entdeckt und anschließend unter Nutzung aller Möglichkeiten der Nanotechnologie neue Materialien entwickelt, um diese Prinzipien industriell nutzbar zu machen“, erklärte Siemens-Forscher Dr. Maximilian Fleischer die Ansammlung von Hightech auf kleinstem Raum. Es bedarf modernster Elektronenmikroskope, um die Strukturen der neuen Materialien abzubilden. Die daraus entwickelten winzigen Messfühler sind in der Lage, schon kleinste Mengen an Gasen effektiv aufzuspüren. „Unsere keramischen Sensorchips sind weniger als einen Millimeter klein“, so Fleischer. „Obwohl man sie mit dem bloßen Auge kaum wahrnehmen kann, befinden sich auf den Sensoren zahlreiche miniaturisierte Funktionen, in denen chemische Reaktionen stattfinden.“
Für die unterschiedlichen Gase wurden verschiedene Sensortypen entwickelt. Während die FET-Gassensoren bereits bei Zimmertemperatur ansprechen, erkennen die Metalloxid-Gassensoren das Vorhandensein und die Konzentration einzelner Gase, sobald sie auf mehrere 100o C erhitzt werden. Die Gase reagieren mit dem Sensormaterial, das mit Siliziumtechnik kombiniert wird. Diese Technik liest die chemischen Veränderungen elektronisch aus, verstärkt das elektronische Signal und verarbeitet es weiter. Ist das Sensormaterial anschließend wieder der Raumluft ausgesetzt, regeneriert es sich. Auch in verschmutzten Umgebungen lassen sich diese Sensoren einsetzen. „Wir haben Sensoren, die durch die hohen lokalen Temperaturen äußerst stabil sind und sich im Fall einer Verschmutzung von selbst wieder frei brennen“, sagte Fleischer.

Durch ihre geringe Größe, die niedrigen Produktionskosten und den sparsamen Energieverbrauch – je nach Design des Sensors liegt er zwischen wenigen 100mW und unter 1mW – sind die neuen Gassensoren für eine Vielzahl von Anwendungen interessant, für die es bisher keine technische Lösung gab. Mobile elektronische Geräte können Sportlern den Ozongehalt der Luft anzeigen und bei Überschreitung der öffentlich empfohlenen Grenzwerte ein Warnsignal aussenden. Ist man abends unterwegs, kann der mobile Freund an der Atemluft die Promille Blutalkohol messen. Im Haushalt, am Arbeitsplatz oder auf Reisen können die Sensoren austretendes Gas detektieren. Ein weiteres Einsatzfeld ist der Brandmelder. „Heutige Brandmelder messen die Temperatur oder die Rauchdichte“, erklärte Fleischer. „Unser Sensor warnt, bevor es richtig brennt. Genauso, wie die menschliche Nase erkennt er bereits sehr früh, dass irgendetwas schmort oder anbrennt. Ich bin mir sicher, dass zukünftig viele Menschen sowohl zu Hause als auch auf Reisen ihr eigenes Warngerät dabei haben werden.“