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Posts Tagged ‘Sensorik’

„Miss alles, was sich messen lässt, und mach alles messbar, was sich nicht messen lässt“, soll Archimedes gesagt haben. Das klingt einfach – und ist doch extrem komplex.

Umwelt und Gesundheit – hier spielt Messtechnik eine besondere Rolle
Bild: Erich Westendarp auf Pixabay

Das gilt besonders dann, wenn es um Gesundheit geht. Bei wenigen Themen wird dies so deutlich wie bei der anhaltenden Diskussion um Fahrverbote für Dieselautos. Und hier fängt die Kontroverse schon bei den vermeintlich objektiven Fakten, den Messwerten an: Was wird gemessen, und vor allem: Wo wird gemessen? Und ist auf Basis dieser Messungen eine Aussage darüber möglich, wie es wenige Meter entfernt oder oberhalb aussieht? Das Ergebnis lässt sich in der öffentlichen Debatte besichtigen. Da wird um jede Messstelle gerungen und heftig diskutiert, ob Grenzwerte an Arbeitsplätzen anders einzuordnen sind als Grenzwerte auf Durchgangsstraßen und warum. Das gipfelt in dem Versuch, durch die Installation einer Absauganlage neben einer Messstelle die Messwerte unter die kritischen Schwelle zu drücken – so ernsthaft an einer stark befahrenen Straße in Kiel geplant.

Dass die Luftverschmutzung in weiten Teilen Indiens gesundheitsgefährdend hoch ist, ist wohl auch ohne Messung jedem ersichtlich. Aber wie steht es um deutsche Innenstädte? Laut Europäischer Umweltagentur war Feinstaub die Ursache für rund 422.000 vorzeitige Todesfälle in 41 europäischen Ländern, Stickoxide sorgten für 79.000 Tote. Verkompliziert wird das Ganze dadurch, dass eine Optimierung von Dieselmotoren auf möglichst geringen Stickoxid-Ausstoß zu einem Anstieg der Feinstaubemissionen führt und andersherum; darauf machte Professor Matthias Klingner, der Leiter des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und Infrastruktursysteme in Dresden, 2017 in der „Welt“ aufmerksam. Und Feinstaub ist nicht gleich Feinstaub – allein die Größe eines Partikels sagt noch nicht viel über dessen Toxizität aus. Dafür spielen unter anderem die Form des Teilchens und dessen Oberflächeneigenschaften eine entscheidende Rolle.

Es geht also nicht nur um eine immer bessere Messtechnik, man muss sich auch darüber im Klaren sein, welche Aussagekraft die gemessenen Daten haben.

14. Dresdner Sensor-Symposium

Wie man sich diesen komplexen Fragestellungen nähern kann, ist Thema einer Podiumsdiskussion beim 14. Dresdner Sensor-Symposium. Reinhard Nießner, TU München, Heinz Burtscher, Fachhochschule Nordwestschweiz,  Axel Haverich, Medizinische Hochschule Hannover, und Volker Ziegler, Grimm Aerosol Technik Ainring beschäftigen sich mit der Frage: Partikel und Gesundheit – Messen wir das Richtige? Die Moderation hat Ulrich Kaiser, Endress+Hauser. Die Veranstaltung ist Teil des Dresdner Sensor-Symposiums vom 2. bis 4. Dezember 2019.

Mehr zu Programm und Teilnahme unter https://dechema.de/dss14.html

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Otto von Guericke – Preisträger 2018: Dr.-Ing. Grzegorz Śliwiński und Dipl.-Ing. (FH) Michael Werner (Quelle: AiF)

Für die Entwicklung eines kindgerechten Therapiegeräts und einer Simulationsplattform für die Skoliosebehandlung haben Dr.-Ing. Grzegorz Śliwiński von der Technischen Universität (TU) Dresden und Dipl.-Ing. (FH) Michael Werner vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umform­technik (IWU) in Chemnitz den Otto von Guericke-Preis der AiF erhalten. Der Preis wird einmal im Jahr für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der IGF vergeben und ist mit 10.000 Euro dotiert. Koordiniert wurde das Projekt vom AiF-Mitglied DECHEMA; dort ist die Medizintechnik eines von sieben Fokusthemen. Wir sprachen mit dem Geschäftsführer der DECHEMA, Prof. D. Kurt Wagemann.

Welche Rolle spielt Medizintechnik in der DECHEMA?

Wagemann: Auf den ersten Blick verwundert es vielleicht, dass wir als Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie Medizintechnik als ein Fokusthema benannt haben. Es gibt aber viele thematische Schnittmengen und Synergien – drei Beispiele sollen dies veranschaulichen: Zellkulturtechniken aus der Biotechnologie können Gewebeersatz produzieren, aber ebenso auch für die Pharmaentwicklung eingesetzt werden – übrigens war dies das Thema des gleichfalls von uns nominierten Otto von Guericke-Preisträgers 2013, Tobias May! Zweites Beispiel: Werkstoffe für Implantate – stellen Sie sich vor, man würde sich mit deren Korrosionsverhalten nicht befassen. In der Sensorik basieren viele Anwendungen auf dem gleichen Messprinzip – mit einem Gassensor lassen sich Fermentationsgase ebenso wie Atemgas analysieren. Biotechnologie, Prozesstechnik und Medizintechnik können stark voneinander profitieren, das ist meine feste Überzeugung.

Planen Sie weitere Aktivitäten in diesem Bereich?

Wir haben durch die Fusion mit der Gesellschaft fms im letzten Jahr unsere Kompetenzen erweitert – wobei ich dazu sagen möchte, dass die Medizintechnik schon lange an verschiedenen Stellen der DECHEMA ihren Platz hatte, sei es in der Sensorik, verschiedenen Anknüpfungspunkten zur Zellkulturtechnik oder in der Werkstoff-Forschung des DECHEMA-Forschungsinstituts. Zukünftig möchten wir uns auf diesem Gebiet weiter verstärken. Dabei können wir die besonderen Stärken der DECHEMA ausspielen: Anwendungsorientierung, Interdisziplinarität und das Bestreben, mit Technologie das Leben der Menschen zu verbessern.

Mehr zur Medizintechnik in der DECHEMA

Weitere Informationen zum Otto von Guericke-Preis 2018

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anatomy-1751201.pngDie Sensortechnologie richtet sich neu aus: Sensorintelligenz, Dezentralisierung, Multisensorsysteme und Miniaturisierung sind die Anforderungen, die Sensoren zukünftig erfüllen müssen. Hintergrund für den Paradigmenwechsel in der Sensortechnologie sind neue Ansätze in der Prozesstechnik, die der Philosophie von „Industrie 4.0“ und „Internet der Dinge“ folgen: Auch in der Bioverfahrenstechnik sollen Prozesse zukünftig integriert und kontinuierlich laufen und möglichst in Echtzeit gesteuert und optimiert werden. Die Biotechnologie stellt dabei besonders hohe Ansprüche an Produktqualität und –sicherheit; gleichzeitig sind die Prozesse und Strukturen teils hochkomplex. Eine Vielzahl an Messdaten allein nützt wenig; die Datenflut muss gleichzeitig ausgewertet und die Ergebnisse in den Prozess zurückgespeist werden. Sogenannte „Smart Sensors“ sind in der Lage, nicht nur zu messen, sondern auch Aufgaben der komplexen Signalverarbeitung zu übernehmen und zusätzliche Informationen über sich und die Prozessumgebung bereitzustellen. Diese erweiterte „Sensorintelligenz“ umfasst Selbstdiagnose, die Ausführung dezentraler Logikfunktionen, die eigenständige Validitätsprüfung der Messwerte, die Selektion und Bewertung von Prozessprofilen bis hin zur Vorhersage von Prozessabläufen und die direkte Interaktion mit zugeordneten Akteuren über dezentrale Steuereinheiten. Damit die Vision des Smart Sensors Wirklichkeit werden kann, sind allerdings noch einige Hürden zu überwinden – vom Nachweis der Prozess und Produktsicherheit über Schnittstellengestaltung und Standards für Daten bis hin zur Datensicherheit.

Was genau Sensoren der Zukunft können müssen, ist nachzulesen im Positionspapier „Smarte Sensoren für die Biotechnologie“ der DECHEMA-Fachgruppe „Messen und Regeln in der Biotechnologie“

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Human-nose_Public DomainGeht es um Lebensmittelaromen oder Parfumkompositionen, ist die Nase ungeschlagen. Doch wer Spuren von CO oder NO finden will, sollte auf Halbleitergassensoren setzen. Ihr Prinzip: Die Leitfähigkeit der Sensoroberfläche verändert sich, wenn sich ein Gas daran anlagert. Damit die Sensoren auf unterschiedliche Gase „anspringen“, kann man die Zusammensetzung der Oberfläche – eine ganze Palette an Metalloxiden steht zur Auswahl – so wählen, dass sich verschiedene Gase unterschiedlich stark anlagern. Sehr selektiv sind diese Sensoren jedoch in aller Regel nicht. Und sie sind häufig auch nicht langzeitstabil; deswegen können sie für manche sicherheitstechnische Anwendungen – z.B. bei der Branderkennung in Kohlekraftwerken oder der Untersuchung von Atemgasen – nicht eingesetzt werden. Könnte man die Sensoren jedoch überwachen, so dass ein Leistungsabfall gleich erkannt würde, könnte man ihre Einsatzbreite erheblich ausdehnen. Das wollen Wissenschaftler der Universität des Saarlandes in einem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung angehen.
Parallel zur einfachen Leitfähigkeitsmessung sollen dabei weitere Messverfahren zum Einsatz kommen (z.B. die Impedanzspektroskopie im temperaturzyklischen Betrieb). Die Signale der verschiedenen Verfahren hängen immer von der Wechselwirkung zwischen Gasmolekülen und Sensoroberfläche ab, aber die Zusammenhänge sind je nach Gas so unterschiedlich, dass es möglich sein sollte, zwischen Änderungen in der Gaszusammensetzung und Veränderungen des Sensors zu unterscheiden.
Die Forscher gehen davon aus, dass besonders innovative KMU von diesem Projekt profitieren werden. Die Einsatzmöglichkeiten von Halbleitergassensoren würden dadurch erweitert, und die Projektergebnisse sollen sich in verschiedensten Branchen nutzen lassen.
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