Technologieinnovation: Forschende entwickeln kleinsten Partikelsensor der Welt

TU Graz, ams und Silicon Austria Labs entwickelten einen kompakten und energieeffizienten Messsensor für mobile Endgeräte, der die Nutzerinnen und Nutzer in Echtzeit über den Feinstaubgehalt in der Luft informiert und sie bei erhöhten Werten warnt.

Er ist etwas kleiner als zwei aufeinander gestapelte Ein-Cent-Münzen, aufgrund der Größe besonders energieeffizient, benötigt keine Wartung und findet Platz in mobilen Endgeräten: Der kleinste Partikelsensor der Welt. Smartphones, Smartwatches oder Fitnessarmbänder können mit dieser 12 mal 9 mal 3 Millimeter kleinen Innovation erstmals die Qualität der Umgebungsluft in Echtzeit messen und bei erhöhten Feinstaubwerten Alarm schlagen.

Innovative Umsetzung

Entwickelt wurde der Sensor von Paul Maierhofer im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz gemeinsam mit Fachleuten des Halbleiterherstellers ams und mit Forschenden von Silicon Austria Labs (SAL). 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 und beinhaltet eine Menge Kniffe, um in dieser Größe zu funktionieren.“

Verhalten an die Umgebungsluft anpassen

Der immense gesellschaftliche Nutzen dieses neuen innovativen Partikelsensors liegt auf der Hand: 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 Partikelsensor ausgestattet sind, kann jede und jeder Einzelne 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.

Die Luftqualität verbessern

Der Sensor kann neben Wearables auch in lokalen Anwendungen – sowohl im Haushalt als auch im Freien – integriert werden 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 den derzeit verfügbaren Sensoren liegt.

Diese Forschung ist in den Fields of Expertise „Mobility & Production“ und „Sustainable Systems“ verankert, zwei von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.

Das Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz zählt zu den weltweit führenden Einrichtungen im Bereich der Partikelmessung – auf EU-Ebene wirken Forschende des Instituts in den Horizon2020-Projekten CARES (Infos dazu in den TU Graz-News), DownToTen (Newsmeldung vom Jänner 2020) und SENSmat (www.sensmat.eu) mit.

Über ams

ams ist international führend in der Entwicklung und Herstellung von Hochleistungssensorlösungen. Das Produktportfolio umfasst Sensorlösungen, Sensor-ICs sowie Schnittstellen und die damit verbundene Software für Kunden in den Märkten Consumer, Mobilkommunikation, Industrie, Medizintechnik und Automotive.
ams mit Hauptsitz in Premstätten/Österreich beschäftigt global rund 9.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und ist ein wichtiger Partner für mehr als 8.000 Kunden weltweit. ams ist an der SIX Swiss Exchange börsennotiert (Tickersymbol: AMS). Weitere Informationen über ams unter https://ams.com
https://ams.com

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Kontakt:
Alexander BERGMANN
Univ.-Prof. Mag.rer.nat. Dr.rer.nat
TU Graz | Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik
Tel.: +43 316 873 30570
alexander.bergmann@tugraz.at

Paul MAIERHOFER
Dipl.-Ing. Dr.techn. BSc
paul.maierhofer@tugraz.at

Weitere Informationen:

https://www.tugraz.at/institute/ems/home/ (Website Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik)
https://ams.com/ams-start (Website ams AG)
http://shorturl.at/stDJ1 (Newsmeldung zum Forschungsprojekt CARES)
http://shorturl.at/cgmIU (Newsmeldung zum Forschungsprojekt DownToTen)
https://www.sensmat.eu/ (Website zum Forschungsprojekt SENSmat)