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Nanosensoren: Sinne von morgen

Mit der Entwicklung völlig neuartiger Sensoren in Nanogröße ist die Mikroelektronik gerade dabei, unser Leben zu revolutionieren. Ob Gebäudetechnik, Sicherheit, Gesundheit oder Umwelt – winzige Sensoren liefern die Informationen, die wir brauchen, um Prozesse zu kontrollieren und optimal zu steuern. Das „Materials Center Leoben“ (MCL) zählt zur weltweiten Avantgarde in diesem Zukunftsbereich.

Zuletzt ging unter Federführung des MCL das mit über 18 Millionen Euro dotierte EU­Forschungsprojekt „MSP – Multi Sensor Platform for Smart Building Management“ über die Bühne. Beteiligt waren neben den Leobener Werkstoff­ und Mikroelektronikexperten weitere 16 hochkarätige Industrie­ und Forschungspartner aus sechs europäischen Staaten, darunter die Premstättner ams AG, die Siemens AG, Samsung, die niederländische Boschmann Technologies B.V. sowie Universitäten und Forschungsgesellschaften wie etwa die Universitäten Oxford und Cambridge sowie die Fraunhofer Gesellschaft.

Sensorvormacht Europa

Übergeordnetes Ziel der gemeinsamen Bemühungen war es, erklärt Anton Köck, Mikroelektronikexperte am MCL, „die Vormachtstellung der Europäischen Mikro­ und Nanoelektronikindustrie im hochkompetitiven Bereich von smarten Sensorsystemen für die Gebäudetechnik und mobile Anwendungen in der Consumerelektronik weiter auszubauen“. Die Forschungs­ und Entwicklungsanstrengungen galten dabei der Entwicklung innovativer, auf Nanotechnologien basierender und besonders leistungsfähiger Sensoren. Um die Leistungsfähigkeit der Nanosensoren zu erhöhen, wurde, so Köck, mit neuen Materialien wie etwa Nanodrähten, Nanopartikeln und Graphen gearbeitet. Mit noch sensibleren Nanosensoren können feinste Informationen aus der Umwelt gewonnen und dem jeweiligen System nutzbar gemacht werden.

So werden etwa die Nutzer von Smartphones bereits in naher Zukunft auf eine ganze Reihe nanosensorisch generierter Informationen zugreifen können. Das Smartphone wird auf diese Weise zur hochsensiblen Messstation, die zum Beispiel vor erhöhten Ozon­Werten, Feinstaub­ und UV­Belastungen oder – in der Landwirtschaft möglicherweise lebensrettend – vor gefährlichen Silogasen warnt.

Effiziente Steuerung

Profitieren wird von den neuen Lösungen auch die Gebäudetechnik. Nanosensoren messen zum Beispiel die Qualität der Raumluft über den Indikator ihres CO2-Gehalts, die Messwerte fließen in Echtzeit in die Steuerung der Klimaanlage ein. „Wenn Klimaanlagen“, erläutert Anton Köck den Hintergrund, „nicht nur durch die Raumtemperatur, sondern auch durch den CO2-­Gehalt der Raumluft gesteuert werden, könnten sie wesentlich exakter und energieeffizienter arbeiten: Berechnungen zeigen, dass weltweit bis zu 25 Prozent des Energiebedarfs in Gebäuden durch intelligente Sensorsysteme eingespart werden könnten!“

Und sind die technischen Möglichkeiten dafür erst einmal aufbereitet, lassen sich Hunderte, ja, Tausende Nanosensoren zur Überwachung in Gebäuden integrieren. Im Katastrophenfall könnten Sensoren zum Beispiel Brandherde oder die genaue Position von Personen in Gebäuden lokalisieren. Gefährliche Stoffe wie Gase oder brennbare Materialien könnten gesondert überwacht werden. Voraussetzung für einen Einsatz im großen Stil ist nicht nur die Entwicklung extrem kleiner Sensoren, sondern auch deren Integration in Computerchips und eine möglichst kostengünstige und effiziente industrielle Produktion. „Um verschiedene Nanosensoren zu einem Multi­-Sensor-­System verheiraten zu können“, erläutert Köck, „machten wir uns daher im EU-­Projekt MSP an die Entwicklung einer Technologie, die eine flexible ,Plug­andplay‘­-3D-­Integration von Nanosensoren und nanotechno logischen Bauelementen auf Mikrochips ermöglicht.“ Die Forschungsanstrengungen haben sich gelohnt, so das erfreuliche Resümee des Wissenschaftlers wenige Monate nach dem offiziellen Ende des Projekts.

Die vorliegenden Ergebnisse – es ist gelungen, 57 Sensoren auf einem Chip zu integrieren – markieren den höchsten Stand dieser Technologie weltweit und weisen damit auch den Weg für die zukünftige Entwicklung integrierter Sensorsysteme.“

Als „Nebenprodukt“ der Forschungen kann das Projektteam zudem auf über 70 Beiträge in internationalen Fachmedien sowie gut 130 Präsentationen bei Konferenzen und Workshops verweisen.

[Entgeltliche Medienkooperation, die redaktionelle Verantwortung liegt bei JUST Business]