Der an der TU Graz entwickelte Prototyp des Partikelsensors (schwarzes Quadrat in der Mitte der Platine) ist kaum so groß wie eine Ein-Cent-Münze.

Bild: Helmut Lunghammer, TU Graz

Sensorik für die Luftüberwachung Weltweit kleinster Partikelsensor warnt vor erhöhten Feinstaubwerten

29.09.2020

An der TU Graz ist kürzlich der kleinste Partikelsensor der Welt entwickelt worden. In Smartphones, Fitnessarmbändern oder auch im Freien eingesetzt misst er den Feinstaubgehalt der Luft und warnt bei gesundheitsschädlichen Werten. Das könnte eine flächendeckende Luftüberwachung stark vereinfachen.

Er ist etwas kleiner als zwei aufeinandergestapelte Ein-Cent-Münzen, aufgrund seiner Größe sehr energieeffizient und benötigt keine Wartung: der kleinste Partikelsensor der Welt. Mobile Endgeräte wie Smartphones oder Fitnessarmbänder können mit der 12 mm x 9 mm x 3 mm messenden Innovation erstmals die Qualität der Umgebungsluft in Echtzeit messen und bei erhöhten Feinstaubwerten Alarm schlagen.

Entwickelt wurde der Sensor von Paul Maierhofer im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz, zusammen mit Fachleuten des Halbleiterherstellers AMS und 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 Prozess zusammenführte.

Die Innovation ist dabei 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.“

Arbeitsweg oder Jogging-Route ändern

Laut einer Studie der Europäischen Umweltbehörde (EEA) sterben alleine in Europa jährlich über 400.000 Menschen vorzeitig an den Folgen der Feinstaubbelastung. Mithilfe von Wearables, die mit dem neuen Partikelsensor ausgestattet sind, kann nun jeder einzelne Nutzer 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“, sagt Alexander Bergmann, Leiter des Instituts für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz und Doktorvater von Paul Maierhofer.

Flächendeckende Luftüberwachung im Freien umsetzen

Der Sensor ist neben Wearables auch in lokale Anwendungen integrierbar, sowohl im Haushalt als auch im Freien. Bergmann ist überzeugt davon, dass das eine Zäsur in der Luftgüte-Überwachung darstellen könnte.

„Eine engmaschige und flächendeckende Überwachung der Luftqualität scheiterte bisher an der Größe, der Komplexität und an den Kosten aktuell verfügbarer Messsensoren“, sagt Bergmann. „Hier schließt unser Partikelsensor eine Lücke.“

Die gewonnenen Daten könnten dann als Grundlage für weitere Regulierungsmaßnahmen dienen sowie das Feinstaubproblem noch stärker ins öffentliche Bewusstsein rücken. Mit der von AMS angestrebten Serienfertigung soll für den Sensor zudem ein Preis erreicht werden, der deutlich unter dem der derzeit verfügbaren Produkte liegt.

Bildergalerie

  • Paul Maierhofer hat den 12 mm x 9 mm x 3 mm großen Partikelsensor im Rahmen seiner Dissertation entwickelt.

    Bild: Helmut Lunghammer, TU Graz

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