EO

Minisensor ziet wat er in je melk zit

17 januari 2022 om 13:58 uur

Een geminiaturiseerde nabij-infraroodsensor, klein genoeg om in een smartphone te passen, kan de chemische samenstelling analyseren van producten als melk en kunststoffen.


De sensor is eenvoudig te maken, qua grootte vergelijkbaar met sensoren in smartphones, en klaar om direct in te zetten in industriële procesbewaking en landbouw.

 

Hij wordt beschreven in Nature Communications.

 

Het menselijk oog is een wonderbaarlijke sensor. Met behulp van drie fotoreceptorcellen die zichtbaar licht omzetten in signalen voor verschillende kleuren, geeft het oog essentiële informatie over de wereld om ons heen.

 

"Wanneer onze hersenen de signalen samenvoegen, doen ze een voorspelling over wat de signalen betekenen op basis van onze ervaringen. Bijvoorbeeld, een rode aardbei is zoet, maar een groene niet", zegt co-eerste auteur Kaylee Hakkel van de onderzoeksgroep Photonics and Semiconductor Nanophysics bij de faculteit Applied Physics.

 

Grootte doet ertoe

Hoewel het menselijk oog indrukwekkend is, is het bij lange na niet de meest geavanceerde natuurlijke lichtsensor die er is. "De ogen van de bidsprinkhaankreeft hebben 16 verschillende cellen, die gevoelig zijn voor ultraviolet licht, zichtbaar licht en nabij-infrarood (NIR) licht", zegt Hakkel. "Het meten van het spectrum in het infrarood is het meest interessant voor toepassingen in de industrie en de landbouw, maar er is één groot probleem - de huidige nabij-infrarood spectrometers zijn gewoon te groot en te duur."

 

Hakkel en haar medewerkers hebben dit probleem opgelost door een nabij-infraroodsensor te ontwikkelen die op een kleine chip past. Net als het oog van de bidsprinkhaankreeft heeft het 16 verschillende sensoren - maar ze zijn allemaal gevoelig voor nabij-infrarood licht. "Het was een grote uitdaging om de sensoren te verkleinen en tegelijk de kosten laag te houden. Om dit te bereiken hebben we daarom een nieuw fabricageproces ontworpen op wafergrootte.

 

"Het is goedkoop omdat we meerdere sensoren tegelijk kunnen produceren. Het is nu direct klaar voor gebruik in praktische toepassingen in de echte wereld", voegt Hakkel toe. "De sensorchip is klein en zou zelfs ingebouwd kunnen worden in toekomstige smartphones."

Minisensor ziet wat er in je melk zitDwarsdoorsnede van de sensor (Kaylee Hakkel).

 

Een oplossing voor spectraal meten

Andrea Fiore, onderzoeksleider van de faculteit Applied Physics en het Eindhoven Hendrik Casimir Institute: "We zijn al een aantal jaren bezig met het onderzoeken van deze technologie. En nu zijn we erin geslaagd de spectrale sensoren op een chip te integreren, terwijl we ook een ander belangrijk punt hebben aangepakt: efficiënt gebruik van de gegevens."

 

Wanneer een sensor licht meet, wordt het opgewekte signaal gewoonlijk gebruikt om het optische spectrum - of de optische vingerafdruk - van het materiaal te reconstrueren. Vervolgens worden algoritmen gebruikt om de gegevens te analyseren.

 

In deze nieuwe aanpak tonen de onderzoekers aan dat de stap van spectrale reconstructie niet nodig is. Met andere woorden, de signalen die door de sensoren worden gegenereerd, kunnen rechtstreeks naar de analyse-algoritmen worden gestuurd. "Dit vereenvoudigt de ontwerpeisen voor het apparaat aanzienlijk", aldus Fiore.

 

Analyseren van melk en kunststoffen

De sensor is getest in een aantal experimenten. Co-eerste auteur Maurangelo Petruzzella, die ook werkzaam is bij het startup bedrijf MantiSpectra, legt uit: "We gebruikten de sensor om de voedingseigenschappen van allerlei materialen te meten, waaronder melk. Onze sensor gaf een vergelijkbare nauwkeurigheid bij de voorspelling van het vetgehalte in melk als conventionele spectrometers. En vervolgens gebruikten we de sensor om verschillende soorten plastic te classificeren."

 

De voedingseigenschappen van melk zijn bepalend voor de economische waarde ervan, en het is bewezen dat de sensor deze eigenschappen nauwkeurig kan meten. Bovendien kunnen deze metingen worden gebruikt om de gezondheid van de koe te controleren. De sensor kan ook gebruikt worden om soorten plastic te classificeren, en zo helpen om afvalsorteerprocessen te optimaliseren.

 

"Naast deze toepassingen verwachten we dat de sensor kan worden gebruikt voor gepersonaliseerde gezondheidszorg, precisielandbouw (bijvoorbeeld het monitoren van de rijpheid van fruit en groente), procescontrole en lab-on-chip testen. We hebben nu een volledige ontwikkelingskit beschikbaar op basis van deze technologie: de SpectraPod. Bedrijven en onderzoeksinstellingen gebruiken die om hun toepassingen te bouwen. En het mooie is dat deze sensor zelfs gangbaar zou kunnen worden in de smartphones van de toekomst. Dat zou betekenen dat mensen hem thuis kunnen gebruiken om de kwaliteit van hun voedsel te controleren, of bepaalde aspecten van hun gezondheid te controleren", zegt Petruzzella.


Hakkel en Petruzzella gaan aan de slag bij het startup-bedrijf MantiSpectra, waar ze zich zullen inzetten om de sensor verder te ontwikkelen voor meer praktische toepassingen.

 

Gerelateerd nieuws

Noren willen reizen transformerren met elektrische vliegboot

Te land, ter zee en in de lucht: Noren bouwen elektrische vliegboot met wielen (video)

Een Noors bedrijf ontwikkelt een klein elektrisch watervliegtuig dat het lokale passagiersverkeer op grote schaal kan transformeren. Het ontwerp van de romp wordt momenteel getest in de sleeptank van Sintef in Trondheim.

VSParticle maakt opschaling waterstofproductie sneller, goedkoper en duurzamer met nanoprinter

VSParticle maakt opschaling waterstofproductie sneller, goedkoper en duurzamer met Nanoprinter

TU Delft-spin-off VSParticle ontwikkelde een goedkoper, duurzamer en eenvoudiger productieproces voor elektro-katalytische membranen: het hart van de productie van groene waterstof. De technologie herbergt ook beloftes…

De maan in kaart brengen met Lidar

Nasa brengt de maan in kaart met Lidar

Nasa's Kinematic Navigation and Cartography Knapsack Instrument (Knack) gebruikt 4D-lidar om toekomstige maan- en planetaire verkenningen te ondersteunen. Knack is een op lidar gebaseerd mobiel terrein- en…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Gecodeerde, contactloze veiligheidsschakelaar PSEN cs5 en PSEN cs6 Veiligheidsschakelaar voor de hek- en positiebewaking

PSENcode is zowel bedoeld voor de standbewaking van afschermingen volgens EN 60947-5-3 als voor de positiebewaking. Door...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tevema
Tevema

Leverancier van technische standaardveren en normdelen, leverbaar uit voorraad.

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 mei 2022, Hannover (De)

Hannover Messe

The lead theme Industrial Transformation spotlights the topics of digitalization and sustainability.

31 mei 2022, Düsseldorf

World Electrolysis Congress

Goal: tackle the remaining bottlenecks to rolling out electrolysers at scale and pace

31 mei 2022, Veldhoven

Business Software Event

Platform waar digitaliseringsvraagstukken voor de maakindustrie centraal staan

Meer agendapunten »