Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Wirtschaft + Wissenschaft> Archiv>

Elektronische Nase erkennt unterschiedliche Gerüche

Forscher entwickeln GeruchssensorElektronische Nase erkennt unterschiedliche Gerüche

Forscher des KIT entwickeln einen alltagstauglichen Sensor, der frühzeitig beispielsweise Kabelbrände oder verdorbene Lebensmittel „riechen“ kann.

sep
sep
sep
sep

Die Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben in dem Projekt „smelldect“ einen Sensor entwickelt, dem man die unterschiedlichsten Gerüche beibringen kann. Die „elektronische Nase“ soll alltagstauglich sein und mögliche Gefahren wie schwelende Kabel oder verdorbene Lebensmittel früher als ein Mensch erschnuppern.

Die menschliche Nase

Die Nase des Menschen besteht aus etwa zehn Millionen Riechzellen, mit rund 400 unterschiedlichen Geruchsrezeptoren. Diese Rezeptoren nehmen die Gerüche wahr und erzeugen ein spezifisches Signalmuster. Das Gehirn ordnet das Signalmuster einem bestimmten Geruch zu. „Wir haben uns die biologische Nase als Vorbild genommen“, sagt Dr. Martin Sommer, der das Projekt „smelldect“ am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT betreut. „Bei unserer elektronischen Nase reagieren Nanofasern auf komplexe Gasgemische – also Gerüche – und bilden ebenfalls Signalmuster, anhand derer der Sensor diese erkennt.“ Das Ziel von smelldect ist, einen preiswerten massen- und alltagstauglichen Geruchssensor zu entwickeln.

Anzeige

Die elektronische Nase ist ein Sensorchip, auf dem Nanodrähte mit Gerüchen – also komplexen Gasgemischen – reagieren. Die elektronische Nase ist nur wenige Zentimeter groß. Sie enthält die gesamte Betriebselektronik inklusive der Technologie zur Auswertung der Gase. Die „Nase“ besteht aus einem Sensorchip, auf dem Nanodrähte aus Zinndioxid auf vielen einzelnen Sensoren angebracht sind. Spezifische Signalmuster errechnet der Chip über die Widerstandsänderungen der Einzelsensoren. Diese hängen von den Molekülen aus der Umgebungsluft ab, sind für verschiedene Gerüche jeweils unterschiedlich – und damit charakteristisch und wiedererkennbar. Wurde dieses Muster vorher in den Chip eingelernt, kann es der Geruchssensor innerhalb von Sekunden erkennen.

Forscher entwickeln Geruchssensor: Elektronische Nase erkennt unterschiedliche Gerüche

Um das Verfahren in Gang zu bringen, setzen die Forscher auf eine in das Sensorgehäuse integrierte Leuchtdiode, welche die Nanodrähte mit UV-Licht bestrahlt. Dadurch sinkt der ursprünglich sehr hohe elektrische Widerstand des Zinndioxids soweit, dass Änderungen von diesem – hervorgerufen durch die für den Geruch verantwortlichen und auf der Zinndioxid-Oberfläche angelagerten Moleküle – überhaupt erst ermittelt werden können. „Nimmt der Sensor einen Geruch wahr, sinkt der Widerstand noch weiter. Verschwindet der Geruch, dann stellen sich die ursprünglichen Verhältnisse mit entsprechend hohem elektrischen Widerstand wieder ein, sodass die „Nase“ für weitere Geruchsmessungen bereit ist“, sagt Sommer.

Der Sensorchip kann eine Vielzahl unterschiedlicher Gerüche erlernen und ist damit vielseitig einsetzbar: ob im Haushalt zur Kontrolle der Raumluft oder als Brandmelder, beim Einkaufen, um zu erkennen, wie frisch Fisch oder Fleisch ist, in der Qualitätsendkontrolle beispielsweise von Honig oder als Nase für einen Roboter. „Die Schwierigkeit ist, dass Geruch nicht gleich Geruch ist. Eine Rose beispielsweise riecht bei Sonnenschein anders als bei Regen“, so der Physiker. „Deshalb trainieren wir die elektronische Nase momentan für spezifische Einsatzzwecke, die aber universell wählbar sind.“

Ausblick
Die Wissenschaftler des KIT wollen einen möglichst preiswerten Sensor entwickeln, um ihn massentauglich zu machen. „So könnte man die elektronische Nase in Zukunft beispielsweise in alle Elektrogeräte einbauen, um Kabelbränden vorzubeugen. Oder wir statten Smartphones damit aus. Jeder hätte dann beim Einkaufen seine eigene, hochsensible elektronische Nase dabei“, sagt Sommer.

Bei der industriellen Herstellung und dem Vertrieb unterstützen die Projektpartner JVI-Elektronik und FireEater das KIT. Beide haben bereits 2015 zusammen mit dem KIT im EU-Projekt „SmokeSense“ einen intelligenten Brandmelder auf Basis einer elektronischen Nase entwickelten. Er spürt Schwel- und Brandgase auf und bietet eine zuverlässige Analyse, um welches brennende Material es sich handelt.

Die elektronische Nase ist ein Sensorchip, auf dem Nanodrähte mit Gerüchen – also komplexen Gasgemischen – reagieren. (Foto: Martin Sommer, KIT)

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

SO2-Emissionsmessung

Schwefeldioxid-EmissionsmessungSO2 im ppm-Bereich messen

Die nichtdispersiven Infrarot-Gassensoren (NDIR) der smartModul Flow evo Serie für die SO2-Emissionsmessung vereinen eine hohe Messgenauigkeit mit einer kompakten Bauform und unkompliziertem Handling.

…mehr
Forschungsförderung durch ERC-Grant: Vom Quasiteilchen zur hochsensiblen Sensorik

Forschungsförderung durch ERC-GrantVom Quasiteilchen zur hochsensiblen Sensorik

Im Rahmen des Projekts Quem-Chem sollen Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie untersucht werden, um mit den dadurch gewonnenen Erkenntnissen u.a. hochempfindliche Sensoren entwickeln zu können. Im Mittelpunkt der jetzt mit einem ERC-Grant geförderten Arbeiten stehen Molekül-Plasmon-Hybrid-Systeme.

…mehr
Mikrosensoren auf Basis von Graphen: Lauschangriff auf Nervenzellen

Mikrosensoren auf Basis von GraphenLauschangriff auf Nervenzellen

Unablässig laufen elektrische Impulse über die Bahnen des menschlichen Nervensystems. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der TU München und vom niederländischen Leiden Institute of Chemistry haben Mikrosensoren entwickelt, die diese Signale der Nervenzellen erfassen können.

…mehr
Single-Use-Sensoren

Single-Use-SensorenpH- und Sauerstoffmessung

Hamilton Bonaduz bietet jetzt auch Single-Use-Sensoren für die Bioprozesstechnik an. „Dieses Marktsegment wächst kontinuierlich. Vor dem Hintergrund, dass bei immer mehr Bioprozessen nur noch Einweg-Reaktoren verwendet werden“, konstatiert Marcus Bayer.

…mehr
Multi-Sensor Chip (®Fraunhofer IMS)

Multisensor zur Optimierung von BioprozessenIn-situ-Überwachung von Glukose, Laktat, Zelldichte und pH-Wert

Am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme in Duisburg ist es Wissenschaftlern gelungen, ein miniaturisiertes Multisensor-System zur In-situ-Überwachung von Bioprozessen auf einem Siliciumchip zu integrieren.

…mehr
Anzeige

Mediadaten 2018

LABO Einkaufsführer

Produktkataloge bei LABO

Produktkataloge zum Blättern


Hier finden Sie aktuelle Blätter-Kataloge von Herstellern aus der Branche. Einfach durchblättern oder gezielt nach Stichwort suchen!

Anzeige

LABO Web-Guide 2016 als E-Paper

LABO Web-Guide 2016

Web-Guide 2016


- Stichwortregister

- Firmenscreenshots

-Interessante Webadressen aus dem Labor

Anzeige

Neue Stellenanzeigen

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

LABO bei Facebook und Twitter