EO

Alles meten met je smartphone

14 juli 2021 om 09:28 uur

Een spectrometer van één gram (en één euro) moet het binnenkort mogelijk maken om met een smartphone snel en gemakkelijk allerlei metingen uit te voeren, zoals aan de luchtkwaliteit, watermonsters en medicijnen.Het Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems wil dit onderdeel massaal produceren met behulp van conventionele technologieën.


Onze infraroodspectrometer weegt slechts ongeveer een gram en we verwachten dat de productie ervan minder dan een euro zal kosten", zegt afdelingshoofd Alexander Weiß. "Hierdoor kan het bijvoorbeeld worden geïntegreerd in smartphones."

 

Momenteel wegen infraroodspectrometers enkele kilo's en kosten ze duizenden euro's om te produceren. Hoewel er wel verplaatsbare apparaten zijn die iets minder wegen, zijn ze ongeschikt voor de massamarkt - in termen van kosten en grootte, maar ook in termen van bediening en analyse van de resultaten. Andere vereisten die cruciaal zijn voor het bestaan ​​op de massamarkt: de technologie mag niet te complex zijn.

 

Diverse toepassingen

De mogelijke toepassingen zijn legio. "Onze spectrometer leent zich voor allerlei toepassingen - zoals het beoordelen van de rijpheid of microbiële afbraak van voedsel voor menselijke en dierlijke consumptie, het meten van de luchtkwaliteit van interieurs en voertuigen voor een effectieve klimaatbeheersing of het detecteren van verontreinigende stoffen in lucht, water of levensmiddelen."

 

Net als conventionele infraroodspectrometers doet deze spectrometer dit door lichtbundels uit te zenden in het infraroodbereik. Het licht van verschillende golflengten wordt vervolgens met behulp van een afstembaar filter gefragmenteerd en door middel van geïntegreerde golfgeleiders naar een detector geleid. Roosterkoppelaars met nanostructuren bundelen het licht dat bijvoorbeeld door een te testen pil wordt gereflecteerd tot geïntegreerde golfgeleiders. Als de luchtkwaliteit moet worden getest, komt het licht in plaats daarvan een speciale absorptiecel binnen die in één vlak is geïntegreerd. Als we uitzetten hoeveel licht de detector bij welke golflengte bereikt, krijgen we een karakteristiek spectrum dat voor elk monster anders is, vergelijkbaar met een vingerafdruk. Een neppil, met verschillende ingrediënten, heeft dus een ander spectrum dan het originele medicijn. 

 

Maar hoe slaagde het onderzoeksteam erin om de spectrometer zo drastisch te verkleinen en toch een vergelijkbare algemene functionaliteit te bereiken? "Conventionele spectrometers bestaan ​​meestal uit discrete, min of meer goed geïntegreerde componenten. Aan de andere kant hebben we de straalgeleiding, de splitsing van de afzonderlijke golflengten en de detectiefunctie in één vlak geïntegreerd - we noemen dit daarom ook een inplane-spectrometer", legt Weiß uit. 

 

Wil de spectrometer geïntegreerd kunnen worden in bijvoorbeeld smartphones, dan moeten we aan meer denken dan alleen het formaat. De bediening moet eenvoudig en intuïtief zijn en het systeem moet de gebruiker dan duidelijke evaluaties geven. De onderzoekers hebben al een concept ontwikkeld: Slimme leeralgoritmen. "Als veel mensen de technologie gebruiken, leert het systeem snel", zegt Weiß. De gebruiker hoeft alleen maar zijn telefoon te pakken, de spectrometer te starten via een speciale app en deze boven een van de pillen te houden. Ze zien ook een instructie die hen door het meetproces leidt. De spectrometer genereert het spectrum automatisch en de software vergelijkt het met referentiespectra die vooraf door specialisten in een database zijn ingevoerd. Hoe meer mensen het systeem komen gebruiken, hoe groter de mogelijkheid om vergelijkingen te maken. De gebruiker ziet alleen het resultaat, bijvoorbeeld 'originele medicijn'.

 

Een ander knelpunt zijn de kosten van het produceren van de spectrometer. Dat hadden de onderzoekers ook vanaf het begin voor ogen. "We hebben de spectrometer zo ontworpen dat hij goedkoop in massaproductie kan worden geproduceerd met behulp van conventionele microsysteemtechnologieën. Fabrikanten kunnen de processen gebruiken die standaard zijn op de grote fabricagelijnen, kortweg fabs", zegt Weiß.

 

De onderzoekers hebben al de eerste spectrometerchips geproduceerd en proof of concept geleverd. Een aantal verschillende karakteriseringen staan nu op de agenda: Bewegen de afzonderlijke componenten zoals we willen? Wordt het licht dat in de golfgeleider is gekoppeld doorgelaten zoals het hoort? De apparatuur die nodig is voor deze karakteriseringen is gefinancierd door de Research Fab Microelectronics Germany. Als deze onderzoeken verlopen zoals gehoopt, zou de spectrometer over ongeveer twee jaar op weg kunnen zijn naar de massamarkt. Dat is dan ogeveer tegelijk met de micro-spectrometer die de TU/e begin 2018 introduceerde.
 

Reacties (1)

Als dit allemaal werkt, is het een schitterende ontwikkeling met fantastisch veel mogelijkheden.
Femme Verbeek, 16 juli 2021 18:27
 

Gerelateerd nieuws

Intelligente camera helpt Nederlands CSI

Intelligente camera helpt Nederlands CSI

Een liniaal langs een voetafdruk of bloedspoor. Dat hoeft straks niet meer. Dankzij een nieuwe techniek die de TU Delft en het NFI ontwikkelden voor het verbeteren van bewijsfotografie bij sporenonderzoek: De FreeRef.…

De impact van extreme golven op offshore constructies meten

De impact van extreme golven op offshore constructies

Harde stormen kunnen steile, brekende golven veroorzaken die met enorme kracht tegen platforms en windturbines slaan. Wetenschappers van NTNU en Sintef bestuderen het gedrag van offshore constructies die aan dit soort…

Smart Industry in de staalbouw

Smart Industry in de staalbouw

Een innovatie van softwarebedrijf ConstruSteel zorgt voor digitalisering in de Nederlandse en Belgische bouwsector. Stapels papier in de fabriek kunnen nu worden vervangen door tablets. De Smart Industry oplossing biedt…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Volledig metalen transponderschakelaar CTA

Met een volledig metalen behuizing is deze CTA een nóg sterkere variant dan de kunststof versie.

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 september 2021, Brainport Industries Campus, Eindhoven

[RE]CONNECT EVENT

Een conferentie over test- en meettechnologieën voor ingenieurs, wetenschappers en managers.

23 september 2021

Online dag over simulaties voor milieutechniek

Comsol houdt een online event over de toepassing van simulaties binnen de milieutechniek.

28 september 2021

Electronics & Applications

E&A gaat over de totale elektronicaketen van print tot product.

Meer agendapunten »