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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.
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.
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.
