Forscher entwickeln Einweg-Beschleunigungsensor aus Papier

19. Februar 2011, 17:29
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Günstige Messtechnik mit Empfindlichkeit für Kräfte von mindestens 120 Mikronewton

Cambridge - "Statt stets nur schneller oder empfindlicher zu werden, sollte man nötiges technisches Wissen in möglichst günstige Lösungen packen." Harvard-Chemieprofessor George Whitesides hat mit seiner Entwicklung vorgezeigt, was er damit meint. Sein Beschleunigungssensor, der in der Vorwoche auf einer Fachkonferenz des Institute of Electrical and Electronics Engineers vorgestellt wurde, ist aus Papier, nicht größer als eine zwei-Eurocent-Münze und kostet kaum das Doppelte von dieser.

Billige Beschleunigungssensoren haben schon in der Vergangenheit wichtige Entwicklungen erlaubt. So haben derartige Mikro-Messsysteme aus Silizium in den 1990er-Jahren zur Verbreitung des Autoairbags geführt. Diese kosteten nur wenige Dollar, während ältere, weitaus komponentenreichere Systeme jenseits der 50-Dollar-Grenze angesiedelt waren. Sensoren mit piezoresistivem Silizium sind auch Herzstücke von Beschleunigungsmessern in Gebäuden, Brücken, in Festplatten-Schutzvorrichtungen von Laptops sowie auch im iPhone oder Wii.

Chromatografie-Papier und Kohlenstoff

Whitesides Papier-Version des Beschleunigungsmessers besteht aus einem Trägerteil aus dickem Chromatografie-Papier, das es bei chemischen Experimenten verwendet wird. Am Ende des Trägers befindet sich ein U-förmiges Kohlenstoff-Element. Wirken mechanische Kräfte auf den Träger, biegt er sich und drückt auf den Kohlenstoffteil. Veränderungen von dessen Widerstand werden nicht elektrisch, sondern mittels mehrerer aufgeklebter Widerstände gemessen, die wiederum durch aufgedruckte Silbertinte zu einem Kreis verbunden werden.

Zwar glaubt Whitesides nicht, dass seine Papiersensoren jene aus Silizium ersetzen können. Deren Empfindlichkeit für Kräfte, die sogar unter 80 Mikronewton liegen, schafft die Papierversion mit 120 Mikronewton nicht. Die Vorteile wie der extrem niedrige Preis, das geringe Gewicht oder die einfache Erzeugung liegen allerdings auf der Hand, war doch bisher die Herstellung von Silizium-Sensoren ein äußerst aufwändiger Prozess. Bestimmte Consumer-Gadgets oder Medizinanwendungen der Zukunft könnten also durchaus profitieren.

Vergleichbare Diagnose-Instrumente aus Papier gibt es schon. "Diagnostics for All" startet Mitte 2011 Feldversuche mit Papierchips, die eines Tages Leberschäden in Entwicklungsländern messen sollen. (red/pte)

  • Nicht ganz so empfindlich, dafür wesentlich günstiger als ein Silizium-basierender Beschleunigungssensor.
    foto: xinyu liu/harvard university

    Nicht ganz so empfindlich, dafür wesentlich günstiger als ein Silizium-basierender Beschleunigungssensor.

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