Alles was Sie brauchen, um einen Sensor zu bauen, ist ein roter Marker und ein Laser

Vielleicht ohne es zu wissen, haben wir eine ganze Reihe Sensoren in unseren Taschen. Allein im Smartphone gibt es mindestens den Beschleunigungssensor zur Bewegungserkennung, das Gyroskop zur Drehung, den Näherungssensor, der die Annäherung unseres Ohrs erkennt, und den Fingerabdrucksensor zur Gesichtserkennung. Und die Liste wird noch länger, wenn wir andere elektronische Geräte einbeziehen, die wir täglich verwenden: von Smartwatches bis hin zu Laptops , ganz zu schweigen von all den Sensoren im Haus für die Heimautomatisierung. Kurz gesagt, wir leben in einer sensorischen Welt, die für die Datenerfassung unerlässlich ist.

Ein wachsender Markt

Für den Sensormarkt wird im Prognosezeitraum der nächsten fünf Jahre eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 7,8 % erwartet, und 50 % der mit dem Netzwerk verbundenen Geräte werden IoT-Geräte sein. Daher ist es verständlich, warum sich immer mehr Forscher auf die Entwicklung von Sensoren konzentrieren, um kostengünstigere Materialien und effizientere Prozesse zu entwickeln. Doch es gibt nicht das eine Material für Sensoren – vieles hängt von der Art der Anwendung ab – auch wenn Silizium in der Elektronik sicherlich das am häufigsten verwendete Material ist. Nun kommt aus Italien eine ganz wichtige Entdeckung für Sensoren , die eine kleine, aber große Revolution darstellen könnte. Und wir sind fast zufällig dorthin gelangt, wie uns Francesco Greco, Professor für Bioingenieurwesen am BioRobotics Institute der Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa , erzählt . „Einer meiner Doktoranden, Alexander Dallinger von der Universität Graz in Österreich, wo ich mich damals in einer Übergangsphase befand, experimentierte mit Polymermaterialien und versuchte, diese mithilfe eines Lasers in Graphen umzuwandeln. Zufällig markierte er einen zu testenden Bereich mit einem roten Stift. Als der Laserstrahl darüberfuhr, entstand eine schwarze Spur, die typisch für die Bildung von Graphen ist.“ Von dort aus begannen die wissenschaftlichen Untersuchungen, die zur Entdeckung einer chemischen Substanz führten, die im roten Eosin Y enthalten ist, das dem Durchgang des Lasers bei Temperaturen von etwa 3.000 Grad widersteht und die Bildung eines porösen, nichtkristallinen Graphens ermöglicht, "mit dem man sowohl leitfähiges Material , das Sensoren ohne chemische Prozesse und ohne Lösungsmittel“ zu sehr geringen Kosten herstellt, da die Tinte kostengünstig ist und der Prozess keine kontrollierten Umgebungen oder komplexe Geräte erfordert. Der Laser kann tatsächlich zum Gravieren von Auszeichnungen oder Plaketten verwendet werden, und „anstatt Schaltkreise oder Sensoren, die oft schwer, teuer und sperrig sind, auf Objekte zu montieren, können wir sie direkt dort schreiben, wo sie benötigt werden“, erklärt Professor Greco.

Die Anwendungen

Aus Anwendungssicht können Schaltkreise und Sensoren auf vielen Oberflächen wie Glas, Keramik, Holz und Stoffen erstellt werden, und es sind zahlreiche technologische Anwendungen denkbar. Im Bereich der druckbaren Elektronik werden normalerweise leitfähige Tinten (beispielsweise aus Metallpartikeln) verwendet, um Schaltkreise und Sensoren zu erstellen, während „man bei diesem Ansatz den Druck einer ganz normalen farbigen Tinte nutzen und dann den Schaltkreis oder den Graphensensor definieren kann“. Ein besonders wichtiger Bereich für die lokale Temperaturüberwachung sind Computer- und Smartphone-Chips, die zur Überhitzung neigen und für deren Funktion die Aufrechterhaltung der richtigen Temperatur unerlässlich ist. „Unsere Technik ermöglicht es uns , Temperatursensoren auf nicht-invasive Weise auf dem Gehäuse oder sogar direkt auf der Chipverpackung anzubringen, ohne Größe und Gewicht zu erhöhen.“

Wenn man darüber hinausgeht, denkt man an den Automobilsektor . Unsere Autos sind heute vernetzt und Sensoren sind nicht nur für elektronische Funktionen, sondern auch für mechanische Komponenten weit verbreitet, aber auch für Teile der Karosserie oder des Fahrgastraums, wo es „notwendig ist, Schaltkreise und Sensoren auf minimalinvasive Weise einzuführen und so die Montage oder Verkabelung für die Herstellung von Umweltsensoren zu vermeiden“, argumentiert der Erfinder und Professor, der die Erfindung patentieren ließ. Für den alltäglichen Gebrauch wäre es jedoch interessant, die Temperatur unserer Tasse Kaffee zu kennen, um den perfekten Moment der täglichen Entspannung zu genießen. Und es wird möglich sein, offenbar mit druckbaren Sensoren. Stattdessen „könnte es für IoT-Anwendungen auf zu sensorisierenden Objekten eingesetzt werden, die in der Lage sind, Parameter zu erkennen und dank der Verwendung drahtloser Technologien zu kommunizieren“.

Gleichzeitig wird weiter geforscht, da der Anwendungsbereich erweitert werden soll, um physikalische und chemische Sensoren für Temperatur, Verformung und Druck für industrielle Anwendungen oder medizinische Geräte zu entwickeln oder diese in Roboteroberflächen zu integrieren, insbesondere im zukunftsweisenden Bereich der Softrobotik. Um in Sachen Nachhaltigkeit Vollgas zu geben, erforscht das Forschungsteam von Sant'Anna in Pisa einen weiteren Bereich: die Verwendung natürlicher Farbstoffe aus Pflanzen- oder Lebensmittelabfällen mit chemischen Strukturen ähnlich denen von Eosin, aus dem Graphen entwickelt wurde. Um die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.