Folge 26: Künstliche Nasen

00:00:00: Herzlich willkommen zur neuen Folge des Bildschter Wissenschaft Podcast.

00:00:03: Heute geht es um das Thema die künstliche Nase.

00:00:23: Unsere Nase ist ein ausgesprochen feines Sinnesorgan, sie erschnuppert in Sekunden schneller.

00:00:28: ob es brennt und auch Schimmel auf Lebensmitteln nimmt Sie sofort wahr!

00:00:32: Der Messtechnik-Experte Andreas Schütze von der Universität Thessalandes arbeitet daran Sensoren das Riechen beizubringen.

00:00:39: Mittlerweile können Sie sogar schnuppern, ob das Essen im Kühlschrank noch geliesbar ist.

00:00:44: Im Bildster Wissenschaft Podcast erzählt er wie das technisch funktioniert und warum Riechsensoren künftig sogar in der Pflege von Frühchen im Brutkasten eingesetzt werden sollen.

00:00:54: Herzlich willkommen, Geschütze!

00:00:55: Schön dass sie da sind.

00:00:57: Ja, freue mich sehr auf dieses Gespräch.

00:00:59: Ja

00:00:59: ich nicht auch, ich finde es sehr spannend weil einem kaum etwas näher als die Nase, die man in Gesicht zwischen den Augen trägt oder unterhalb der Augen.

00:01:07: eine Frage vorm Weg Haben Sie als Geruchsexperte eigentlich einen Lieblingsduft?

00:01:13: Nee, gar nicht.

00:01:14: Also bei uns ist es ja eher so dass wir uns mit Gerüchen beschäftigen die vielleicht eher unangenehm sind und da muss ich ganz ehrlich sagen Ich bin ganz froh das ich manche Sachen nicht rieche.

00:01:24: Es gibt ein paar Gerüche die tatsächlich prägend sind unter anderem Das Andrus Denon, das ist dieser Ebergeruch Und ich bin einer von fünfzig Prozent der Bevölkerung, der das nicht riecht.

00:01:38: Man muss darunter nicht leiden.

00:01:40: Eben ist es ... Das kenne ich noch nicht!

00:01:41: Da haben Sie mich gleich am Anfang.

00:01:43: Ist das wenn man in einem Wildgehege spazieren geht und da laufen die Wildschweine rum?

00:01:46: Und man riechst das oder was ist da eher Geruch?

00:01:48: Nein, das ist tatsächlich noch etwas schwieriger.

00:01:50: Das ist ein Geruch den das Fleisch annimmt von den männlichen Schweinen.

00:01:55: Deswegen werden Ferkel kastriert weil sonst das Fleisch hinterher diesen Geruch hat und deswegen unangenehm ist.

00:02:02: Und deswegen muss man oder versucht man etwas dagegen zu unternehmen, für die kleinen männlichen Ferkel endet es dann unangenergenehm.

00:02:12: Okay aber den Duftigen kriegt man wahrscheinlich nicht weg.

00:02:14: also wenn Sie sagen die Hälfte der Bevölkerung schmeckt das?

00:02:17: Das heißt des Schweinebraten, den man hatte immer von pastierten Ferkeln.

00:02:21: Genau!

00:02:22: Da sind wir gleich in einem Thema dass ich so gar nicht erwartet habe, aber das gehört zum Geschäft.

00:02:26: Und kann man da dann was machen?

00:02:28: Also, nee.

00:02:29: Oder das ist einfach nur so, manche können es manchen nicht.

00:02:31: oder hat das tatsächlich auch einen technischen Sinn für die Zukunft?

00:02:34: Nee, das ist tatsächlich an der Stelle wirklich einfach nur eine von diesen Kuriositäten.

00:02:39: Man denkt ja wir alle riechen dasselbe und das stimmt eben nicht.

00:02:42: Die Nase ist sehr individuell, sehr unterschiedlich und das macht's dann auch sehr schwer wenn wir sagen Wir wollen jetzt ein technisches System nachbilden, was sozusagen der Nase nachempfunden ist weil die Nase eigentlich nicht.

00:02:57: Und das ist so ein bisschen der Kernpunkt, an dem wir uns immer mit der Forschung abkämpfen müssen und dann sagen, was unsere Referenz

00:03:06: ist?

00:03:06: Was ist denn so ein universeller Duffen, den jeder riecht?

00:03:08: Kann man das so geben?

00:03:09: oder wenn sie sagen jede Nase ist anders.

00:03:11: Aber gibt es Gerüche wo man sagt, dass kein jeder.

00:03:14: Also Vanillegeruch und diese typischen Lebensmittelgerüche auch die warnenden Lebensmittelgerüchen also das H-II S beispielsweise also faule Eier Das funktioniert ja für uns alle gut weil das sind ja die typische Funktionen Dass uns die Nase waren.

00:03:31: pass mal auf das besser nicht mehr essen Wobei Gleichzeitig wieder so ein schönes Beispiel ist, warum Sensoren vielleicht doch ganz günstig sind.

00:03:39: Der Schwefelwasserstoff ist halt ein Nervengift und die Nase verliert ihre Empfindlichkeit sehr schnell.

00:03:45: Das heißt wenn ich diesen Geruch rieche und er es wieder weg heisst das nicht unbedingt dass tatsächlich die Gefahr weg ist sondern ich riesche ihn nur nicht mehr.

00:03:53: Und deswegen müssen zum Beispiel Arbeiter, die in der Kanalisation arbeiten.

00:03:58: Wo häufiger mal erhöhte Schwefelwasserstoffkonzentrationen auftreten können, die dann gefährlich werden können.

00:04:04: Die müssen Sensorsysteme mitnehmen damit sie eben gewarnt werden weil die Nase das nicht zuverlässig machen kann obwohl wir den Geruch sehr gut wahrnehmen.

00:04:13: Also nicht nur dass CO-II im Weinkeller das schon manche Winzer umgebracht hat oder das Vögelchen im Bergwerk sondern auch H-II ist eine Kandidation.

00:04:22: Genau, da kommt ja die ganze Gassensore-Gasmeßtechnik eigentlich her aus diesen Gefahrstoffen.

00:04:27: Tatsächlich sehr stark aus dem Kohlebergbau.

00:04:30: Die Kanainvögel wissen immer das schöne Beispiel dabei.

00:04:34: CO² ist ein bisschen neuer.

00:04:37: Inzwischen hat tatsächlich eine Vorschrift, dass in allen Kneipen, die eine Zapfanlage unterirdisch haben, dort einen CO²-Warner installiert sein muss damit man eben nicht umkippt.

00:04:47: In der Regel hat man ja seine Fässer unten im Keller und ich glaube die Norm sagt tatsächlich unter Erdgleiche.

00:04:53: Das sind dann diese schönen Normenbegriffe, die da gefunden werden.

00:04:56: Also das meint einfach schlichtweg wenn ich das im Keller habe weil das CO² schwerer als Luft halt dort unten bleibt und sich dort anreichern würde.

00:05:05: Vielleicht noch ganz kurz dazu und da kommt natürlich dazu dass das CO₂ für uns nicht riechbar ist.

00:05:11: also da muss ich mit einem Sensor rangehen.

00:05:14: Das ist übrigens auch immer so ein bisschen die Problematik.

00:05:17: wir reden ungern von künstlichen Nasen Weil wir ganz schnell bei Sensorsystemen sind, die unsere Nase gar nicht riecht und dann machen wir keine Nachbildung mehr unserer Nase.

00:05:25: Sondern wir versuchen sie sozusagen zu ergänzen.

00:05:28: Das ist wie bei einer Kamera wo wir sagen ja aber für manches brauche ich halt Infrarot Aufnahmen also eine Wärmebildkamera nehmen wir mit den Augen auch nicht wahr Aber ein technisches System kann das eben zusätzlich anbieten.

00:05:42: Dann können wir jetzt nach fünf Minuten den Podcast quasi einen neuen Namen geben.

00:05:45: Würden Sie das nennen?

00:05:46: Nicht die künstliche Nase, sondern wie idealerweise?

00:05:49: Also der Begriff, der jetzt in der Wissenschaft eingeführt wird ist instrumental order monitoring systems Wie üblich dann halt ein englischsprachiger Begriff war man es gleich international machen will.

00:06:02: Da geht's dann also.

00:06:03: deswegen nehmen wir dem begriffen auseinander um instrumentelle Systeme und dann eben um geruchsmonitoring oder monitoring Und das soll tatsächlich ausdrücken, dass beim Odormontring die menschliche Nase die Referenz ist.

00:06:18: Also da beziehen wir uns wirklich auf echten hoch.

00:06:21: Das sind dann also wirklich nur Substanzen, die auch die Nase wahrnehmen kann und die sollen jetzt eben durch ein technisches System sozusagen auch erkannt werden können.

00:06:31: Kurz zur Technik nochmal und zum Nase-Technikvergleich.

00:06:35: Ich meine, mich zu erinnern vor vielen Jahren mal gelernt zu haben dass die Nase so ein Schlüsselschlossprinzip ist, das sie irgendwie Andockstellen sitzen für bestimmte Moleküle und dann wird eine Reize ausgelöst und dann weiß ich, das ist ein Apfel.

00:06:47: Ich weiß jetzt ob das jetzt stimmt aber wenn es stimmt wie ist denn das im Vergleich zu ihrer Technik?

00:06:51: ganz grob?

00:06:52: Weil ich dir ins Detail gehe was macht die NASE und was macht im Grunde die Sensortechnik anders.

00:06:57: Also in der Nase sind es Bio-Sensoren, die tatsächlich mit diesem Schlüsselschlossprinzip arbeiten.

00:07:02: Allerdings ist es eben nicht so dass wir sozusagen einen Sensor pro Geruch haben.

00:07:07: also es gibt zwar charakteristische Moleküle die dann sozusagen für den Apfel stehen Die sind aber auch in anderen Gerüchen mitteinthalten.

00:07:15: Und was die Nase macht, ist dass sie so ein paar Hundert dieser Rezeptoren hat und letztendlich eine Mustererkennung macht welche von diesen Rezepturen gleichzeitig angesprochen werden und wie stark.

00:07:27: Das wird dann vom Gehirn als Großwahrnehmung interpretiert.

00:07:31: Also die Kombination verschiedener Reize an verschiedenen Sensoren sozusagen?

00:07:34: Genau!

00:07:35: Und die Sensoranzahl ist relativ hoch.

00:07:37: Zusätzlich sind es natürlich viele Einzelrezeptoren, sodass man da immer wieder auch zusätzliche Informationen noch mit aufnimmt.

00:07:47: Die Rezeptoren sind nicht beliebig langlebig sondern werden im biologischen System relativ schnell erneuert.

00:07:55: Tatsächlich so ein Großrezeptor lebt nur ein paar Wochen.

00:07:59: Und deswegen regeneriert die Nase auch regelmäßig.

00:08:02: Wir waren ja vorhin beim H-IIs, also dieses Aussetzen der Großwahrnehmung liegt halt daran dass zum Teil diese Rezeptoren einfach so blockiert werden das sie nicht mehr funktionieren.

00:08:12: und dann muss ich den Sensor ersetzen quasi.

00:08:16: Und da merkt man schon, dass was wir technisch nachbilden können findet auf einem ganz anderen Level statt.

00:08:21: Wir nutzen ganz andere Prinzipien.

00:08:23: Man kann auch biosensorik einsetzen.

00:08:25: allerdings hat die Biosensorik technisch in der Regel eher den Nachteil das am meisten nur so ein Einmal-Sensor ist.

00:08:33: Also denken Sie an den Glucose Teststreifen oder an den Corona-Testsstreifen?

00:08:38: Das sind Biosensoren und dann können sie einmal checken.

00:08:40: Ist da etwas drin und hinterher ist der Sensor halt belegt Und dann verärfen sie ihn weg und das nützt uns für so eine Anwendung, wo wir an einem Schornstein messen wollen.

00:08:49: Aufs irgendwie riecht natürlich gar nichts.

00:08:51: Ja,

00:08:52: d.h.,

00:08:52: diese Designmal-Sensor haben genau dieses Schlüsselschlossprinzip, da dockt was an, dann ist es blockiert und kommt da weg.

00:08:57: Bei ihnen ist es eben nicht so bei den Technischen.

00:09:00: Wir nutzen ganz unterschiedliche Sensorprincipien.

00:09:03: in meiner Arbeitsgruppe sind vor allen Dingen relativ kostengünstiger aber empfindlicher.

00:09:08: Metalloxid, Halbleitergas-Sensoren.

00:09:10: Schwieriges Wort in der Regel abgekürzt als Mosssensoren aber die können auch nicht alle Gase riechen.

00:09:17: für CO² beispielsweise ist der Standard dass man das mit Infrarot Sensorik macht also Licht optisch das detektiert und das Molekül absorbiert eine bestimmte Frequenz im Infrarotspektrum.

00:09:30: Das ist ja genau der Effekt, der auch zur globalen Erwärmung beiträgt weil halt die Sonnenstrahlung absorbiert wird und dadurch sich die Atmosphäre aufheizt.

00:09:39: Und je nach Gas das man hat gibt es noch andere Prinzipien elektrochemische Zellen, Bellestoren usw.

00:09:47: und sofort da brauchen wir dann ne kleine einstündige Vorlesung zu Sensorprinzipien.

00:09:52: Okay, kurz bevor wir tatsächlich nochmal richtig tief in die Mostsensoren gehen und das was Sie täglich forschen sozusagen.

00:09:59: Ich habe mal gehört dass Kaffee eine schwierige Geschichte ist weil sich Kaffees aus ganz vielen verschiedenen Molekülen zusammensetzt und man den kaum nachmachen kann stimmt das?

00:10:07: Ja also Kaffe ist tatsächlich einer der schwierigsten Geröche für die Nachbildung.

00:10:11: da gehen so die Meinungen ein bisschen auseinander ob ich zwanzig Komponenten brauche oder mindestens.

00:10:18: Letztendlich ist das immer auch eine Frage davon, wie gut soll diese Nachbildung dann wirklich sein?

00:10:24: Und jetzt let's face it.

00:10:26: Auch Kaffee ist ja nicht gleich Kaffees.

00:10:28: Also wenn Sie einen Kaffeekonnesseur fragen der wird natürlich sagen ich rieche doch raus ob das aus Kolumbien kommt oder was weiß ich wo ähnlich wie ein Weinkenner.

00:10:38: also Da wird es schwierig, das zu sagen.

00:10:41: Aber tatsächlich ist es so, sie brauchen ungefähr zwanzig Komponenten bis es für den Normalbürger so anfängt zu riechen, dass er sagen würde ja, das ist Kaffee.

00:10:50: Und das heißt man nennt dann für Lebensmittel Kaffeeschokoladen und so weiter lieber den echten Kaffeestatten im künstlichen Gemüse oder?

00:10:56: Das kann ich jetzt tatsächlich nicht beantworten, das weiß ich nicht.

00:10:58: also ich weiß nur... Dieses Aroma, das ist ja sozusagen das Komplement zu uns.

00:11:04: Die die Geruchserzeugung.

00:11:06: wir versuchen ja hauptsächlich zum Messen dass es auch deutlich schwieriger ist als man so gemeinhin denkt wenn man denkt ich habe so ein Erdbeeraroma da gibt's ungefähr zehn oder fünfzehn verschiedene weil je nachdem in welche Lebensmittel und in welcher weitere Verarbeitung das reinkommt muss sich eben das wieder anders aufbereiten.

00:11:25: Achja also Joghurt ist ein anderes Aroma-Erdbeere.

00:11:28: Was ist das?

00:11:28: Schokolade oder so?

00:11:29: was dann möglicherweise.

00:11:30: Da würde ich davon ausgehen, weil die Matrix in der es drin ist macht wieder einen Einfluss dabei wie es freigesetzt wird.

00:11:36: und gerade bei Lebensmitteln ist es ja auch so wir schmecken die Erdbeere ja nicht sondern wir riechen sie.

00:11:44: Wie heißt das so schön retronasal Weil sozusagen im Mundraum diese Geruchssubstanzen freigesetzen werden die dann von hinten in die Nase reingehen Und dort wird der Geschmack dann wahrgenommen.

00:11:55: Ja, das lernt man auch erst so langsam im Leben.

00:11:57: Früher als Kind denkt man ja, man schmeckt im Mund und dann lernt mal nö es gibt so vier fünf Sinne.

00:12:03: Umami meinet mich noch dazu, dass läuft auf der Zunge ab Süßheit sich bitter und so weiter sauer.

00:12:08: Alles andere geht dadurch, dass die Luft aus dem Rachen rauben durch den Nase strömt Und dann erst habe ich Abo-Magen.

00:12:14: Genau und deswegen auch wenn man Schnupfen hat Schmeckt man nichts mehr und noch schlimmer.

00:12:20: Es gibt ja doch dieses Krankheitsbild Anosmie, dass man den Geruchssinn verliert.

00:12:25: Das ist schon wirklich bitter weil man an der Stelle eben auch den Geschmackssinn im Wesentlichen verliert.

00:12:31: die Lebensqualität ist schon sehr getroffen davon.

00:12:34: Ja und die Warnung fällt dann zum Teil auch weg wahrscheinlich.

00:12:37: Aber noch mal zu Ihnen Maus Sie sagten vorhin so lockerflockig Metalloxydheitleiter Sendoren Ja, gehen wir noch mal rein und klagen.

00:12:45: Was ist das für eine ja wahrscheinlich Oberfläche auf der was abläuft?

00:12:49: Genau also ich habe vorhin schon gesagt es kommt im Prinzip so aus dem Bergbau Anwendung.

00:12:56: da war hatte man immer klassisch die Anforderungen Methan zu delektieren weil sonst Explosionen geben könnte und CO Kohl Monoxyd weil das Vergiftung sein könnte.

00:13:06: Und dafür hat man Sensoren gesucht.

00:13:08: und in den Sechzigerjahren, in Japan sind dann diese Metalloxid-Sensoren eingeführt worden.

00:13:14: Weil dort über eine rechtliche Regelung gesagt wurde wir möchten überall Methanesensorek haben und man hat etwas gesucht was dann sehr stabil auch über längere Zeiten funktioniert damit man sie im Privathaushalten einsetzen kann.

00:13:27: Und dieser Metalloxidsensoren Wie der Name sagt, sind also keramische Sensoren.

00:13:33: Metalloxyde kennt man ja von Gläsern und Aluminiumoxyd als Isolatoren usw.

00:13:39: Also das ist eine sehr große Substanzklasse und man hat festgestellt dass manche von diesen Materialien und speziell das sogenannte Zendioxid mit Sauerstoff sehr empfindlich sein Widerstand ändert wenn sich die atmosphärische Zusammensetzung ändert.

00:13:57: Und was dabei passiert ist, dass man diese Zinn-Dioxidschicht tatsächlich dünne Schichten auf eine erhöhte Temperatur bringt.

00:14:06: Wenn dann in Luft verschiedene Substanzen da sind, insbesondere reduzierende und oxidierende Gase, dann ändern die den Widerstand des Sensors weil letztendlich ne chemische Reaktion auf der Oberfläche abläuft.

00:14:20: Gut, das heißt also Andocken nicht andocke sondern

00:14:23: oberflächlich berühren

00:14:25: erhitzen Reaktionen, egal in welcher erste Mal Widerstandsänderung und diese Widerstandsänderungen was charakteristisch für verschiedene Stoffe die ich dann detektieren kann wahrscheinlich.

00:14:35: Ja diese Grundreaktion ist eben erstmal nicht charakterisitisch für bestimmte Stoffen sondern die Sensoren sind per se erst mal relativ breitbandig weil im Wesentlichen was der Sensor eigentlich sozusagen worauf er reagiert ist wie viel Sauerstoff ist noch auf seiner Oberfläche angedockt?

00:14:51: wir sind ja an Luft das heißt es immer sehr viele Sauerstoffs vorhanden Da wird ein Teil davon auf der Oberfläche adsorbiert und jetzt kommen andere Substanzen, zum Beispiel das CO.

00:15:01: Das reagiert mit diesem Sauerstoff und dadurch ist etwas weniger Sauerstock auf der Oberfläche.

00:15:06: Und das messen wir als Widerstandsendung.

00:15:09: Ah ja, deswegen auch obsidieren und reduzieren weil mir das dann sozusagen den Saustochbelag nach verändert?

00:15:14: Genau!

00:15:15: Und das Gleiche passiert halt wenn ich Wasserstoff nehme oder Methan.

00:15:19: Und das heißt, gerade für diese Bergbauanwendung war die erste Herausforderung.

00:15:23: Kann ich denn unterscheiden ob es Methan oder CO ist?

00:15:27: Weil auf dem Sensor im Prinzip beide Substanzen gut reagieren.

00:15:32: und um jetzt die Spezifität reinzubringen dass sich bestimmte Substanze zumindest deutlich stärker wahrnehme kann man mit verschiedenen Parametern spielen und einer ist ganz klar die Temperatur.

00:15:45: Wir brauchen eine erhöhte Temperatur damit überhaupt Reaktionen ablaufen, aber eine Reaktion mit CO findet bei deutlich niedrigeren Temperaturen statt als eine Reakktion mit Methan.

00:15:55: Das Methan ist eigentlich ein sehr stabiles Molekül.

00:15:58: deswegen muss ich den Sensor dort eher bei vierhundert-vierhundertfünfzig Grad betreiben und das CO funktioniert tatsächlich relativ gut schon bei hundertfünftig Grad.

00:16:06: D.h.,

00:16:06: Ich habe eine Kombination aus dieser Widerstandsänderung die ich messe gekoppelt mit der Temperatur wo was passiert?

00:16:12: Ja

00:16:12: und die Temperatur stelle ich halt ein.

00:16:15: Was wir dann machen, um eben noch mehr Möglichkeiten rauszuholen ist zu sagen naja.

00:16:19: Wir müssen ja nicht nur einfach einen Sensor nehmen oder vielleicht zwei auf zwei verschiedene Temperaturen sondern wir können tatsächlich einen Senser nehmen und denen die Temperatur regelmäßig verändern also ein Temperaturzyklus fahren Und dieser Temperatur-Zyklus wird sozusagen einen Widerstandsmuster erzeugen und dieses Widerstandsmuster ist charakteristisch für die Gase die in dem Moment zusammen auf der Oberfläche sind.

00:16:47: Und dieses Muster, das kann ich dann interpretieren und daraus kriege ich eine sehr hohe Selektivität

00:16:52: drin.".

00:16:53: D.h.,

00:16:53: Sie haben im Grunde tatsächlich eine universelle Sensor-Oberfläche oder eine universellen Sensor entwickelt?

00:16:58: Der vieles kann!

00:17:00: Also zunächst mal den haben wir nicht entwickelt.

00:17:02: Den gibt es wie gesagt schon seit vierzig Jahren.

00:17:04: aber ja was wir gemacht haben und auch diese Idee der Temperaturvariationen, die ersten Patente dazu sind zwischen tatsächlich über fünfzig Jahre alt Das gibt schon relativ lang und ganz universell ist diese Sensorik auch nicht, weil es eben manche Substanzen gibt die einfach gar nicht reagieren.

00:17:22: CO² beispielsweise das ist schon durchoxidiert da findet keine Reaktion mehr auf der Oberfläche statt.

00:17:29: aber für die Gase die sich halt unter diesen Randbedingungen oxidieren und reduzieren lassen und das ist halt ein Großteil der interessierenden Gase ist dass tatsächlich einen relativ universeller Sensor Den wir dann, und das ist das woran wir jetzt seit über zwanzig Jahren forschen.

00:17:45: Über diesen temperaturzyklischen Betrieb so spezifisch auslegen dass wir tatsächlich in gewisser Weise die Sensoren programmieren können.

00:17:54: Wir nehmen den gleichen Sensor und sagen Jetzt soll der bitte schön Methane selektiv erkennen oder jetzt soll er an der Erkennung machen.

00:18:03: Das heißt, Ihre Kompetenz als Systems Engineering Experte besteht darin aus diesem Sensor was zu bauen und was Funktionsfähiges hinzustellen.

00:18:13: Genau also wir haben tatsächlich bei mir in der Arbeitsgruppe oder ich habe mich entschieden dass wir hier angefangen haben nicht in den Bereich Sensor Präparation reinzugehen.

00:18:22: da gibt es eine ganze Reihe Arbeitsgruppen und vor allen Dingen viele Firmen die da aktiv sind und die das toll machen und da war einfach nicht ganz klar ob da noch ein Potenzial besteht in dieser Materialentwicklung, die ja auch nochmal... ganz andere Fertigkeiten erforderten, einen Beitrag leisten zu können.

00:18:39: Das heißt, ganz kurz gefragt Privation hast du in dem Fall diese Sensoroberflächen herzustellen wahrscheinlich?

00:18:43: Genau da brauche ich erst mal ein Substrat also irgendwas wo ich die Sensorschicht draufbringe.

00:18:48: das muss heizbar sein Ich muss eine Kontaktierung haben dass sich den Widerstand auslesen kann.

00:18:54: alleine schon wie fein so ne Interdigitalstruktur Also so eine Fingerstruktur ist mit der man dann diesen Wider Stand ausliest hat noch nen Einfluss auf die Sensorreaktion.

00:19:04: Aber dann vor allen Dingen die Schichtpräparation.

00:19:06: Das sind keramische Materialien, da kommt zum Beispiel sehr drauf an wie groß sind denn die Körnchen, die ich darin habe?

00:19:13: Wir wollen poröse Schichten haben damit das Gas eindringen kann in die Sensorschicht und allein schon die Korngröße macht einen großen Einfluss darauf wie der Sensor sich hinterher verhält.

00:19:25: Und es ist ein Riesenoptimierungsraum indem man lange rumsuchen kann.

00:19:30: Und dazu kommt dann noch, ich muss auch darauf achten der Sensor soll ja stabil sein.

00:19:34: Das heißt ich möchte auch über längere Zeit damit messen können und da ist es zum Beispiel so dass man ganz schnell in so Widerspruch oder Kompromissituationen drin ist.

00:19:45: Von der Sensitivität, also wie gut spricht er an ist es eigentlich klar.

00:19:49: Je kleiner die Körner sind desto besser ist es.

00:19:52: aber kleine nanoskalige Körne bei vierhundert Grad sind halt nicht stabil.

00:19:57: Die wachsen mit der Zeit zusammen versintern immer stärker und dann würde mir mein Sensor weg driften und da den richtigen Kompromiss zu finden, um das dann auch noch mit zusätzlichen Maßnahmen zu stabilisieren.

00:20:08: Das ist nochmal ein ganz eigenes Feld der Expertise.

00:20:11: Also diese Körner sind wahrscheinlich die Metalloxid-Krümel, die unterschiedliche Größen haben können?

00:20:19: Genau!

00:20:21: Aber genau nicht Ihre Kernkompetenz, sondern Sie sagen wir machen genau das nicht.

00:20:27: diese Optimierung im Multi-Parameter-Raum, sondern wir bauen was daraus sozusagen.

00:20:33: Ja, wir fangen tatsächlich einen Schritt früher an.

00:20:35: Wir arbeiten mit relativ vielen Sensorherstellern zusammen und charakterisieren deren Sensoren erst mal.

00:20:42: Und auch die Charakterisierung ist schon nicht so ganz ohne.

00:20:45: Wir haben ja vorhin gesagt, wenn ich Kaffee hoch nachbilden will, brauche ich zwanzig verschiedene Substanzen gleichzeitig.

00:20:52: Das heißt, ich brauch sehr komplexe Mischungen und alleine eine Anlage zu machen, wo ich so komplexe Gasmischungen überhaupt reproduzierbar auch in den Konzentrationsbereichen die erforderlich sind herzustellen.

00:21:04: Das ist auch nochmal ne eigene Expertise und da fangen wir an!

00:21:07: Okay

00:21:08: ja soweit so gut mit der Technik.

00:21:10: Ich glaube ich hüpfte gleich noch mal rein.

00:21:12: So ein zwei Fragen habe ich noch aber ich wollte ganz gerne noch einmal zu den Anwendungen kommen.

00:21:16: Wo gibt es denn das was Sie entwickelt haben sozusagen schon im Regelbetrieb?

00:21:22: Anschaulichsten Beispiel ist tatsächlich die Branderkennung von der Firma GTE Industrie Elektronik.

00:21:28: Das sind Studienkollege von mir, der Jörg Kelleter, der das seit vielen Jahren dort betreibt.

00:21:33: Die machen Branderkennungen in besonders staubbelasteten Umgebungen.

00:21:37: Angefangen hat es tatsächlich in Kohlekraftwerken.

00:21:41: Wenn sie mal in so einem Kohlekraftwerk drin waren, lange hat man ja keine Chance mehr, hoffe ich.

00:21:46: auf.

00:21:47: Dann ist es überall sehr staubig, sehr schmutzig und dieser Staub ist auch in der Luft und die klassischen Brandmelder sind ja Rauchmelder.

00:21:56: Und wenn dann überall solche Staubpartikel sind, dann ist der RauchMelder ständig im Anschlag und sagt Feuer, Feuer, Feuer.

00:22:03: Das heißt, in einem Kohlekraftwerk gibt's keine Brandmelde obwohl durch diesen Kohlenstaub natürlich die Gefahr von Bränden relativ groß.

00:22:12: Und das war damals auch der Anlass, dass wir einen Besuch gemacht haben im Kohlekraftwerk Niederhausen aus dem Studium heraus noch und dort mit den Leuten ins Gespräch gekommen sind.

00:22:23: Die gesagt haben Mensch wenn ich da durch gehe Ich rieche doch wenn da irgendwo was schweilt im Hintergrund kann man das nicht in die Sensorik sozusagen umsetzen?

00:22:32: Das ist jetzt seit über zwanzig Jahren ein sehr erfolgreiches Produkt.

00:22:36: Da sind drei von diesen Halbleiter Gas Sensoren drin die über Modifikationen und kleine Variation der Temperatur sozusagen so abgestimmt sind, dass bestimmte Gase spezifisch nachweisen können.

00:22:50: Und dann kommt eine zusätzliche Mustererkennung drauf.

00:22:53: bei dem Kohle-Schwellbrand kann man es ganz kurz erklären da entsteht natürlich wieder CO weil das unsch vollständige Verbrennung von Kohlensstoff ist.

00:23:03: Genau!

00:23:04: Es entsteht aber auch Wasserstoff Und da denkt man immer nicht dran, aber es ist ja überall feucht.

00:23:09: Wenn ich schwellende Kohle habe und Feuchtigkeit, dann gibt's so eine CO-Wasserstoffschiftreaktion.

00:23:16: Das heißt zusätzlich wird auch noch Wasserstoff freigesetzt.

00:23:20: Den kann man mit diesen Sensoren sehr gut nachweisen.

00:23:23: Und letztendlich schaut man sich dann an, ob es charakteristisch CO plus Wasserstoffentwicklung gibt und das deutet auf einem Brand hin.

00:23:31: Dann kann man relativ frühzeitig bei einem Schweelbrand schon eine Warnung machen lange bevor ein offenes Feuer entsteht.

00:23:38: Das ist die Idee dahinter... dass man eben nicht die Feuerwehr ruft, wenn es schon richtig brennt.

00:23:43: Weil dann ist es häufig schon zu spät, sondern in dieser Entstehungsphase, wenn das noch so wie bei einem Holzkohle-Grill Zuhause vor sich hinschweht und eigentlich relativ ruhig ist, dass ich das schon erkennen kann und diesen Schwellbrand schon löschen kann.

00:23:57: Aber interessant, dass Sie da Eingang sagen.

00:24:00: Wenn man durchgeht, dann riecht man das doch auch.

00:24:03: Das heißt jetzt wieder der Schritt von der Nase zu der Frage, kann der Sensor das auch?

00:24:07: Ja, wobei man dann bei der Untersuchung halt festgestellt hat das was die Nase riecht.

00:24:11: Das sind so Terpene und so weiter in Konzentrationsbereichen, wo wir tatsächlich mit den Sensoren noch Schwierigkeiten haben reinzukommen gerade in so einem komplexen Umfeld.

00:24:21: Und es war der Auslöser!

00:24:25: Anhand von Experimenten, was sind denn die Gase, die dominant auskommen?

00:24:30: Aus so einem Schwerbrand und hat dann halt relativ schnell festgestellt ja CO Wasserstoff.

00:24:34: Und dann setzt man sich natürlich auch solche Moleküle drauf um den Sensor zu machen.

00:24:40: Vielleicht ganz kurz.

00:24:41: Warum macht die Nase das nicht?

00:24:43: Genau, weil ich gerade sagen wollte an CO und Wasserstoff ist genau das was die Nases nicht lehchen kann.

00:24:48: Wobei sie das durchaus könnte.

00:24:49: es gibt in der Tierwelt in der Regel dann auch Beispiele dass es Biosensorik tatsächlich für diese Moleküle gibt.

00:24:57: Das Problem ist ganz schlicht CO und auch Wasserstoff entstehen an vielen Stellen Und ich möchte ja für eine Branderkennung, gerade wenn ich im Wald lebe und da brennt.

00:25:08: Da möchte ich das sehr frühzeitig und spezifisch feststellen.

00:25:12: Deswegen hat die Nase über die Evolution gelernt sich lieber auf andere Signale zu konzentrieren.

00:25:18: Die mehr so typisch brandnäßig sind?

00:25:20: Genau!

00:25:21: Aber eben in Konzentrationen, die so niedrig sind dass sie für unsere technischen Sensoren nicht so einfach erreichbar sind.

00:25:30: Das

00:25:31: heißt evolutiv ist tatsächlich wahrscheinlich, wir wissen es nicht, wir können dich nachfragen aber das ist wahrscheinlich tatsächlich so dass die Lebewesen-Säugetiere eine Nase entwickelt haben die sehr spezifisch in sehr geringen Konzentration gefährliche Dinge schnuppern kann oder?

00:25:44: Ja Und auch umgekehrt.

00:25:47: Es gibt so ein paar schöne Beispiele aus der Forschung, dass man zum Beispiel den Kiefern Prachtkäfer nutzen kann.

00:25:54: Der hat die besondere Einheit, dass er tatsächlich Brände aus riesiger Entfernung erreichen kann, zwanzig Kilometer weg gar nicht weil es eine Gefahr für ihn wäre sondern der hat seine ökologische Nische darin gefunden das er die Eier in frisch verbrannten Bäumen ablegt.

00:26:11: da ist nämlich alles andere weg und dann hat er dort keine Fressfeinde Ach schlau.

00:26:15: Und der muss dann aber, wenn er in freier Wildbahn ist halt sehen wo hat's denn mal gebrannt?

00:26:20: und der muss das auch sehr großer Entfernung feststellen können und deswegen ist er da extrem spezifisch.

00:26:26: anderes Beispiel Kartoffelkäfer können riechen wenn andere Kartoffellkäfer irgendwo auf einem Feld am Fressen sind und sagen oh da gehe ich auch hin.

00:26:35: da gibt es was

00:26:37: Wahrscheinlich, weil aus Pflanzenseften irgendwas freigesetzt wird oder so.

00:26:40: Ja da kommen auch ganz spezifische Grünblattgerüche raus und so weiter die dann tatsächlich für die Insekten Signale sind.

00:26:47: Frisch gemäßter Rasen im Kleinen sozusagen.

00:26:49: Das

00:26:49: ist so was in der Art!

00:26:53: Noch vielleicht noch eine andere Anwendung zu sagen, also diese Kohlekraftwerk-Brandgeschichte ist etabliert schon ein paar Jahre alt.

00:27:01: Was machen Sie noch an neuen Dingen?

00:27:02: Die vielleicht noch nicht ganz im Internet zu kaufen sind aber doch schon recht weit gedient sind.

00:27:08: Im Moment ist ein ganz heißes Thema Kunststoff Recycling.

00:27:11: Wir wollen ja höhere Recyling Quoten hinbekommen.

00:27:15: und wenn sie sich zum Beispiel inzwischen angucken Werbung für PKWs, dann wird in der Regel damit geworben dass in den Fahrzeug Innenräumen so und zu viel Prozent Recycling Material eingesetzt werden.

00:27:27: das klasse Andererseits, wenn man dann hört das ist aus was für sich alten Fischernetzen oder Meeresplastik gewonnen und so weiter.

00:27:35: Da muss man sich natürlich auch immer die Frage stellen, riecht es denn vielleicht nach totem Fisch?

00:27:41: Und das ist tatsächlich eine Anwendung, die mit sich noch entwickeln muss wo's erste Lösungsansätze gibt dass man das Rohmaterial für die Sitzbezüge oder sowas bericht Um dann zu sagen, das Material kann ich einsetzen oder nein, kann nicht.

00:27:59: Dann stinkt es hinter dem Fahrzeug innenraum und wird auch teilweise noch mit menschlichen Nasen gemacht.

00:28:07: Aber das würde man natürlich gerne auf eine technische und damit gefühlt objektivere Messung umstellen.

00:28:14: Das heißt für high-end Kunstaufanwendungen gibt's wirklich Leute die schnüffeln am Fließband?

00:28:19: Ob es geht oder nicht?

00:28:20: Es gibt viele Anwendungen, wo der Mensch einfach noch die Referenz ist.

00:28:25: Wenn sie Getreideinspektoren haben dann möchte man bei so großen Getreidesidos zum Beispiel feststellen ob da drin schon irgendwie eine Schimmelentwicklung ist.

00:28:33: Da werden Proben rausgenommen Säcke und dann wird daran geschnuppert und sagt einer das ist okay oder nicht?

00:28:40: Das Problem ist wirklich, dass die Nase da leider nicht so zuverlässig ist wie wir uns das gerne wünschen würden.

00:28:47: Ich meine, die Leute sind gut ausgebildet und es funktioniert schon relativ gut.

00:28:50: Aber da gibt's auch Studien, dass man mehr von diesen Inspektoren sozusagen mal Vergleichsmessungen machen lässt Und dann ist die Übereinstimmungskote halt nicht mehr ganz so hoch, wie man sich das wünschen würde.

00:29:02: Das heißt, diese da wären Most-Sensoren auch sinnvoll?

00:29:05: Ja also genau da sollen diese jetzt gehe ich mal wieder auf den anderen Begriff Instrumental Order Monitoring Systems reinkommen.

00:29:13: Ich betone dass deswegen weil der Sensor alleine wird das halt nicht lösen.

00:29:16: Also ich brauche eine Systemlösung und es fängt schon damit an Wie nehme ich denn die Probe?

00:29:23: Bleiben wir mal bei dem Getreidesack und wie führe ich diese Probe dem Sensor zu, damit ich nicht auf den Weg vom Getreidersack bis zum Sensor solche Veränderungen reinbringe.

00:29:32: Das ist einfach das Messsignal.

00:29:33: was sie eigentlich haben will schon wieder weg ist.

00:29:35: Ja gute Frage!

00:29:36: Genau also die packe ich so ein Schimmel da rein.

00:29:39: Die packe Ich Schimmeln oder das was auch mit einem Schimmer auskommt in meinen System?

00:29:43: Ja, also da gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten wie man das machen kann.

00:29:47: Man kann's natürlich mit realen Proben machen.

00:29:49: dass ich wirklich sage ich habe hier die Inspektoren die haben jetzt festgestellt das riecht nach Schimmel und dann nehme ich ein Sensorsystem und sage pass mal auf Lernmal!

00:29:57: Das ist ein Schimmlgeruch Das ist eine Variante, die gemacht wird.

00:30:02: Die ich aber für immer ein bisschen kritisch halte weil wir gehen auf Korrelationen und Korrelations sind halt keine Kausalitäten.

00:30:10: das heißt wir wissen nicht wirklich ob der Sensor an der Stelle das riecht was wirklich mit dem Schimmel verknüpft ist.

00:30:17: Den Schimmeln selber riechen wir nicht.

00:30:19: Schimmels sind Sporen das sind Partikel sondern es geht wirklich darum Was entsteht gleichzeitig noch mit dem Schimmel in der Gasphase?

00:30:27: Was charakteristisch dann sozusagen diesen Schimmeln mit andeutet.

00:30:30: Ach, das macht den Schimml zum Riechen alles klar.

00:30:34: Genau!

00:30:35: Also übrigens auch genau das Problem, warum man an dieser Stelle besser nicht mit der menschlichen Nase rangehen sollte, weil der Schimmle ist nun mal Gesundheitsgefährdend.

00:30:45: also im Sinne des Arbeitsschutzes ist es zum Beispiel eine Anwendung die man so schnell wie möglich loswerden möchte, weil man eigentlich Menschen Schimmel aussetzen möchte.

00:30:58: Das ist jetzt noch in der Entwicklung, weil gesagt die Inspektoren gibt es ja noch.

00:31:02: also die Getreidekondisseure haben ich jetzt gelernt gibt's das auch.

00:31:04: aber die müssen doch selber schnuppern?

00:31:06: Da muss noch vieles selber geschnuppert werden.

00:31:08: und vielleicht eine Anwendung die den meisten gar nicht so bewusst ist wenn sie irgendwo in ihrem Wohngebiet feststellen oh es riecht.

00:31:18: Und ich möchte mich beschweren, ich möchte wissen von wo das kommt und die sollen das Gefälligste abstellen usw.

00:31:24: Das sind Anwendungen, die heute tatsächlich noch über Geruchsinspektoren gelöst werden.

00:31:29: Das heißt es gibt spezialisierte Firmen, die dort speziell auch geschulte bzw.

00:31:34: ausgewählte Personen hinschicken, die dann mal die Nase in die Luft halten und das bewerten.

00:31:41: Das Problem an der Stelle ist natürlich sofort, wenn so ein Geruch nur was für sich ein paar Stunden mal auftaucht und dann wieder weg ist.

00:31:49: Sie schicken jemanden hin in dem Moment wo gerade nichts riecht, dann ist das Ergebnis relativ wenig wert.

00:31:55: Und dafür hätte man gerne technische Systeme die wirklich twenty four seven also rund um die Uhr kontinuierlich messen können bei

00:32:01: jeder Windrichtung.

00:32:04: Kunststoff für Cycling, Getreidekondenseure ist spannend.

00:32:08: Dinge die ich nicht erwartet hätte.

00:32:10: Ich hatte natürlich so ein bisschen geschaut was sie sonst zu

00:32:13: tun

00:32:14: und habe mich wie frische Box gesehen wo wir jetzt gerade super Schimmel im Lebensmittel sind.

00:32:17: also interessant zu erfahren.

00:32:18: klar wenn man drüber nachdenkt Schimmelspuren riechen wahrscheinlich nicht.

00:32:21: es muss etwas anderes sein aber so habe ich darüber noch nicht nachgedacht.

00:32:24: Sie haben ja jetzt eine Frischebox entwickelt für Zuhause, also nah am Endkunden sozusagen.

00:32:29: Was hat sie damit auf sich?

00:32:30: Was macht die?

00:32:31: Weil wir das Problem ja gerade eben beschrieben haben.

00:32:34: Kausalität oder nicht?

00:32:36: Oder ist da noch was korreliert, was mäßig eigentlich zuverlässig und was ich auch messen will?

00:32:40: Wann gehe ich denn wieder nachher?

00:32:42: Also das ist aus einer Anwendung oder aus einer Projektidee geboren.

00:32:46: Wir haben immer noch ein großes Problem als Gesellschaft mit Lebensmittelverschwendungen.

00:32:51: Das heißt, das sind Verluste und die Verlust treten tatsächlich sehr viel in den Privathaushalten auf.

00:32:56: Dass einfach Lebensmittel weggeschmissen werden obwohl sie noch gut wären oder dass Lebensmittel einfach verschimmeln um man es nicht rechtzeitig merkt oder oder verderben sollte man vielleicht allgemeiner sagen.

00:33:08: Und eine dieser Ideen die man da hat ist ich habe jetzt in meinem Kühlschrank verschiedene Sachen gelagert.

00:33:13: das können Obst sein Bären was weiß ich wie.

00:33:18: Irgendwann hole ich die Box raus und mache sie auf.

00:33:20: Ich stelle fest, oh nee!

00:33:22: Die möchte ich nicht mehr

00:33:23: essen.".

00:33:24: Und die Projektidee hier ist jetzt, dass man sagt, ich baue in die Box einen Sensor ein.

00:33:29: Da kommt uns zugute, dass diese Halbleiter Gas-Sensoren sehr preiswert gefertigt werden können.

00:33:35: Und die Box riecht dann kontinuierlich in dieses Lebensmittel rein und macht sozusagen eine Vorwarnung Nicht erst jetzt ist es verdorben, jetzt muss das wegwerfen.

00:33:47: Sondern man sieht diesen Prozess schon früher anfangen und wenn man einen Tag oder zwei Tage vorher sagen kann pass mal auf jetzt essen Weil sonst musst du es übermorgen wegwerfen.

00:33:58: Dann besteht die Hoffnung, dass man damit Lebensmittelverschwendung reduzieren kann.

00:34:03: und das was wir uns in dem Projekt besonders vorgenommen haben also diese Untersuchungen von Bewertungen von Lebensmittelfrische usw.

00:34:10: gibt's eigentlich schon relativ lang.

00:34:12: Das funktioniert bei Früchten ganz gut.

00:34:15: da versuchen wir jetzt eben wie gesagt das nach vorne zu verschieben um eine Frühwarnung hinzukriegen.

00:34:20: was sich bisher tatsächlich noch niemand so richtig angeguckt hat, ist ich habe ja häufig Lebensmittelreste im Kühlschrank.

00:34:27: Was für mich.

00:34:27: die Lasagne, die ich vorgestern gebacken habe, wo noch etwas übriggeblieben ist, kommt in die Dose rein und dann ist sie da im Kohlschrank.

00:34:36: Und normalerweise sind wir gewohnt.

00:34:38: Wir machen es wieder auf, wenn so uns nach ein paar Tagen in die Hände fällt und gucken mal rein und stellen fest... Oh!

00:34:44: Hätte

00:34:44: ich doch gestern essen sollen?

00:34:45: Genau.

00:34:47: Wie sieht das dann praktisch aus?

00:34:48: also wir gehen relativ robust mit unserer Plastikschirchen um.

00:34:51: Deckel sind sowas senkrecht gestapelt in der Schublade.

00:34:53: Dann fliegen da die Schalen rum und die haut man denn in die Spülmaschine, wenn sie dann wieder sauber werden sollen.

00:34:58: Das muss der Sensor ja aushalten.

00:35:00: Wie sehen das praktisch Aus mit dem Sensor?

00:35:02: Ah was zeigt er an und wie überlebt er das Ganze?

00:35:04: oder auch wie groß ist denn das Ganze?

00:35:07: Also die Vorstellung ist, dass das ganze Sensorsystem am Ende vielleicht noch mühnsgroß ist.

00:35:12: Die Sensoren sind winzig also die eigentlichen Sensor-Elemente mit denen wir messen.

00:35:18: Die kleinsten sind inzwischen so in der Größenordnung von vielleicht noch zwanzig dreißig Mikrometer.

00:35:23: Oh ja!

00:35:23: Das ist klein.

00:35:25: Hundert Mikrometern ist ein Haar.

00:35:27: Also wirklich sehr kleine Sensoren.

00:35:29: und es dann Silizium basierte Technologie sogenannte Mems-Sensoren.

00:35:33: Die brauchen auch nicht viel Leistung, man hört immer die Vierhundert Grad und denkt uiuiui muss ich auch viel Energie reinstecken wenn die so winzig sind gar nicht mehr.

00:35:43: Und dann kann ich das also in ein sehr kleines kompaktes System reinmachen.

00:35:47: und im Moment ist tatsächlich noch die Vorstellung dieses System muss sich sozusagen reinklipsen in die Box zu messen.

00:35:54: Und wenn ich die Box dann in den Geschirrspüler reintuhe, dann nehme ich das Sensorsystem raus weil Das trauen wir uns tatsächlich noch nicht zu, dass die die Geschirrspülmaschine überlebt.

00:36:05: Ja das natürlich mit Elektronik gemeint.

00:36:07: und wie ist es dann?

00:36:08: Also ich habe dann wahrscheinlich so eine standardisierte Klickvorrichtung in meinen Dosen der Deckel da klippe ich sie dann rein habe ich zehn Stück vielleicht liegen nachdem ich mich brauche und muss sich dann auch dauernd Knopfzellen tauschen.

00:36:18: oder wie ist das denn?

00:36:19: Ja das sind genau noch die Fragen die ich sage mal ganz Blank jetzt für uns ein bisschen außerhalb dessen sind, womit wir uns beschäftigen.

00:36:28: Wir sind ja in dem Verbundprojekt drin da sind große Unternehmen mit dabei insbesondere BSH also Bosch Siemens Hausgeräte die da so ein bisschen den Hintergrund machen und die tatsächlich dann genau solche Fragestellungen irgendwann mal mit beantworten müssen.

00:36:43: Und wo man auch noch sehr viel mehr braucht als nur die technische Forschung, da muss ich ja wirklich in die Befragung der Kunden reingehen was würde dort akzeptiert werden?

00:36:54: Wir wollen in diesem Projekt das gleich noch mit dem Kunststoff Recycling verbinden dass die Box selber auch aus recycelten Material ist um eben sozusagen diese Nahhaltigkeit da wirklich ganzheitlich voranzubringen dabei.

00:37:09: Dann ist wieder die Vorstellung, eventuell ist dieses recycelte Material auch gar nicht so stabil wie das Original-Material aber vielleicht könnte der Sensor dann sozusagen dort auch wieder mit genutzt werden dass er sagt pass mal auf Das Boxmaterial fängt an sich zu zersetzen.

00:37:27: eigentlich man möchte ja gerne biodegradable Material haben also Das, was ich hinterher in den Müll werfen kann und was sich dann absehbarer Zeit zersetzt.

00:37:38: Gleichzeitig möchte ich das natürlich nicht haben, dass es sich in meinem Kühlschrank zersetzt und da wiederum eine Gesamtlösung rauszukriegen.

00:37:46: Das ist halt im Moment noch Forschung.

00:37:48: also das ist noch nichts, was wir in fünf Jahren in unseren Kühl schränken haben werden.

00:37:53: Aber es ist sehr spannend, sich über solche Sachen Gedanken zu machen um dann vielleicht in zehn Jahren solche Lösungen überall zu haben.

00:38:00: Und tatsächlich man denkt immer so ein Gasensor muss sozusagen frei irgendwie sein da kann ich in einem wasserdichten Gehäuse drin sein.

00:38:08: das geht tatsächlich.

00:38:10: Man hat ja auch Gas-Sensor teilweise in dem Smartphone schon drin gehabt und die konnten trotzdem wasserdicht sein, weil dann brauche ich einen Membran sowie bei der Kleidung auch.

00:38:21: Die zwar Gase durchlässt aber das Wasser nicht.

00:38:24: Und dann kann ich da prima hinter so einer membranen Gas- Sensor anbringen und das funktioniert.

00:38:31: Dann dafür gespannt sein, was da so demnächst vielleicht noch zu kaufen ist.

00:38:35: Wer weiß?

00:38:36: Ich wollte gerne nochmal in eine andere Applikation springen, nämlich in die Medizin.

00:38:39: Das fand ich interessant auch.

00:38:40: Das habe ich gesehen, dass sie da aktiv sind und ich hatte vorhin ganz kurz schon die Brüchen angekündigt.

00:38:46: Was ist denn da perspektivisch möglich mit den Mems oder den Moss-Sensoren in Zukunft bei der Medizin?

00:38:54: Das ist ein riesen Spektrum, weil es eine ganze Reihe Krankheitsbilder gibt die sich durch bestimmte Ausgasungen oder bestimmte Markermoleküle im Atem darstellen.

00:39:05: Das kennt man eigentlich von Zuckerkrankheit und Asthma usw.

00:39:10: Und deswegen ist das auch schon lange ein Untersuchungsthema.

00:39:13: wie kann ich das technisch ausnutzen?

00:39:15: Und ich sag mal, der heilige Gral der Gasensoriker in gewisser Weise ist die Krebsfrüherkennung anhand vom Atem.

00:39:22: In Lungenkrebs oder Magenkrebs und so was habe.

00:39:24: das wäre fantastisch und wir wissen dass es im Prinzip gehen sollte weil man ja Hunde darauf relativ gut schon trainieren kann.

00:39:32: Kurze

00:39:32: Frage jetzt hab' ich schon mal gehört wie um aller Welt hat man herausgefunden, dass Hunden Krebs riechen?

00:39:37: Ja man hat sie trainiert.

00:39:39: Man hat also Proben Kleidungsstücke oder genau was da alles genommen wurde von sowohl gesunden als auch kranken Personen genommen und die Hunde da dran schnuppern lassen.

00:39:50: Und dann hat man die Proben von anderen Personen, die in dem vorherigen Test nicht drin waren vorgelegt und hat dann festgestellt, die erreichende hohe Trefferquote bei der Unterscheidung zwischen gesund und

00:40:01: krank.".

00:40:03: Und das ist auch wieder Mustererkennung.

00:40:05: Der Hund lernt Gerüche erkennen und das Problem ist, dass der Hund uns nicht sagen kann was er denn da erkannt hat.

00:40:12: ja und es ist für uns Sensoriker dann ein bisschen schwierig.

00:40:15: Da brauchen wir die analytische Chemie, die uns sagt Was sind denn die charakteristischen Vaka?

00:40:21: Die für einen bestimmten Krebs oder für eine bestimmte Krankheit oder sowas stehen Kennt man grundsätzlich schon.

00:40:29: das Problem ist, dass die Menschen wieder sehr unterschiedlich sind.

00:40:33: Das heißt ich kann nicht einfach sagen eine Isopredenkonzentration von so und so viel signalisiert ne Hypoglychemie ja.

00:40:43: also Nur, um mal solche Beispiele zu nennen.

00:40:45: Weil das eben von Mensch zum Mensch sehr unterschiedlich ist und weil in einem Atem sehr viele andere Gase und Substanzen noch mit drin sind dann muss ich meinen Sensor wieder sehr spezifisch ausliegen.

00:40:55: Das Krankheitssignal so maskiert sozusagen?

00:40:58: Genau!

00:40:58: Und deswegen haben wir uns lange da ein bisschen zurückgehalten, weil wir gerne den anderen Weg gehen dass wir sagen Wir möchten gerne A genau wissen, was wir denn dedektieren wollen und dann können bei im Labor die Sensoren darauf kalibrieren auf diese Zielsubstanz.

00:41:14: Können gleichzeitig die ganzen Störsubstanzen mit berücksichtigen und können im Labor sozusagen schon mal sehen, schaffen wir das?

00:41:22: Dass der Sensor diese kleinen Konzentrationen der Zielsubstanz vor diesem großen Störhintergrund tatsächlich erkennen kann.

00:41:29: Und da kann man sich sozusagen in kleinen Schritten ranrobben.

00:41:33: und eine dieser Möglichkeiten ist, dass man sozusagen Medikamenten monitorieren.

00:41:40: In der Ausatemluft machen kann.

00:41:42: und das ist das erste Projekt wo wir jetzt schon zeigen konnten, dass es relativ gut auch mit diesen preiswerten Sensoren geht.

00:41:49: als Beispielsubstanz haben uns das Propofol rausgesucht.

00:41:53: Das sind Anästhetikum Also das wird in der Narkose verwendet und da möchte ich zum Beispiel wissen, wie hoch ist denn das Level?

00:42:02: Droht mir der Patient jetzt in die Narkoße wieder aufzuwachen.

00:42:05: Muss sich sozusagen höher oder niedriger dosieren.

00:42:08: Und dann kann man über die Ausatemluft eben schauen, wie viel is'n da drin und kann sozusagen den Regelkreis aufbauen.

00:42:15: Und da arbeiten wir mit unseren Kollegen hier am Uniklinikum zusammen, die tatsächlich aus der Anästhesie kommen.

00:42:23: Aber es gibt noch ganz andere Anwendungen, die so ähnlich sind.

00:42:26: Denken Sie an Antibiotika.

00:42:29: Da sind wir ja inzwischen schon im relativ kritischen Bereich drin, dass es nicht mehr so viele Antibiotika gibt, die zuverlässig funktionieren

00:42:39: wegen

00:42:39: der Resistenzen.

00:42:40: und dann gibt's diese sogenannten Reserve-Antibiotica, die man nur ganz gezielt einsetzt Und diese haben zum Teil nur ein ganz kleines therapeutisches Fenster, sagt man dazu.

00:42:49: Das heißt ich kann zu niedrig dosieren dann nützt es nichts und macht sogar wieder neue Resistenzen.

00:42:56: Ich kann's so hoch dosieren, dann ist das schädlich für den Patienten.

00:43:00: Dieses Fenster ist zum Teil sehr klein und das möchte man wieder sinnvoll überwachen.

00:43:05: Da könnte ein Sensorsystem, dass online in der Ausatmenluft das Level eben Patienten sozusagen er riechen kann könnte da sehr hilfreich sein, um bei der Behandlung von Patienten in Echtzeit sozusagen eingreifen zu können.

00:43:21: Der heutige Weg ist ich mache eine Blutprobe dann weiß sich wie viel von der Substanz im Blut ist.

00:43:27: allerdings wird diese Analyse im Labor gemacht und das dauert dann ein zwei oder auch drei Tage und das reicht halt nicht, um sozusagen einzugreifen.

00:43:35: Ja klar also in Echtzeit.

00:43:37: ja wie Sie schon so schön sagten sie robben sich so langsam in die klinische Anwendung aber jetzt nicht gleich mit dem Klebs mit den richtig schweren Geschütz sozusagen sondern in anderen Applikationen.

00:43:47: noch mal zu den Frühchen als habe ich es schon einmal sehend was ist denn da?

00:43:51: Das ist auch so eine super spannende Sache.

00:43:54: der Kollege Zemmlin in Homburg der für die die Neonatologie dort zuständig ist sagt Das größte Problem bei den Frühgeborenen ist halt, ich stresse sie durch jegliche Art von Interaktion und je höher der Stress ist, desto größer ist die Gefahr dass die Frühchen keine normale Entwicklung haben sondern fürs Leben geschädigt bleiben.

00:44:14: Das heißt er sagt Ich möchte möglichst wenig auf Sie eingreifen.

00:44:18: Gleichzeitig sind das natürlich extrem sensible Geschöpfe, die ganz schnell mal eine Erkrankung ausbilden können und seine Vision ist der sogenannte empathische Inkubator.

00:44:30: Die Frühchen liegen ja in so einem Kasten drin, beheizt angenehme Luftatmosphäre

00:44:35: usw.,

00:44:36: damit sie eben sich möglichst gut entwickeln können.

00:44:39: Und jetzt in diesem Inkubatur könnte man zum Beispiel mit einem Gasensor rein riechen Da ist ja auch die Ausatemluft des Frühchens mit drin.

00:44:50: Wenn ich da ran, dann erkennen kann, da werden bestimmte... entstehen bestimmte Krankheitsbilder.

00:44:55: Dann kann ich halt sehr viel früher eingreifen als wenn ich reingehen muss und eine Blutprobe von dem armen Kind ziehen

00:45:01: muss.".

00:45:01: Ohja das sind natürlich maximale Stress.

00:45:03: Genau!

00:45:04: Und die allereinfachste Sache, die wir uns jetzt als allererstes mal angeguckt haben isst Die Frühchen haben ne Windel an.

00:45:11: Und auch Windel wechseln?

00:45:12: Ist ne Interaktion und ein Stress.

00:45:15: Muss sich die Windel Wechseln?

00:45:16: Naja, da kann ich dran riechen in einer geschlossenen Box ein bisschen schwieriger das könnte ein Sensor übernehmen.

00:45:22: Das heißt da ist unsere allererste Idee dass wir sagen wir können mal schauen können wer kennen is die Windel voll ist nur Urin drin das es weniger kritisch ist auch Stuhl mit drin.

00:45:34: und damit sozusagen vielleicht statt einem festgetakteten Rhythmus, wo die Windel gewechselt wird zu sagen wir machen den Windelwechsel nur noch wenn es absolut notwendig ist hat dann einen doppelten Effekt.

00:45:45: Es wird halt weniger Stress ausgeübt und das Kind liegt nicht längere Zeit in der vollen Windel.

00:45:50: Und wenn das gut funktioniert, dann wäre das so ein Türöffner.

00:45:54: Um zu sagen jetzt können wir vielleicht das nächste größere Problem in diesem Inkubator angehen eben zum Beispiel sowas wie eine Krankheitserkennung oder sowas zu machen.

00:46:03: Ja

00:46:03: man, auf jeden Fall ist man schon in der Anwendung und kann es dann einfach entspannt weiterentwickeln sozusagen?

00:46:08: Ja also ganz soweit sind wir noch nicht weil tatsächlich logischerweise und das ist ja auch völlig berechtigt man nicht einfach einen irgendeinen Sensor zusätzlich in Sohn inkubator mit einem Rüchen rein Hängen kann.

00:46:21: Da müssen wir noch deutlich mehr Tests machen, ich meine es ist offensichtlich dass wir eine nicht-invasive Messung haben aber trotzdem müssen wir natürlich sicherstellen das dann nicht noch irgendwelche schädlichen Effekte mit auftreten können.

00:46:33: Das heißt im Moment machen wir so das für Luftproben aus den Inkubatoren ziehen und daran messen beziehungsweise dass wir einfach die Windeln nehmen und in einem anderen Inkubator wo kein Frühchen drin ist gucken, ob wir sozusagen volle und leere Windel unterscheiden können.

00:46:48: Und geht es schon oder?

00:46:50: Das das geht ganz gut.

00:46:51: ja also da glaube ich auch dass ist tatsächlich für den Sensor eine eher triviale Aufgabe muss ich sagen.

00:46:58: wir haben ja ne sehr definierten Hintergrund.

00:47:01: die Luft in dem incubator hat eine sehr hohe sauberkeit damit man ja auch das Kind nicht schädigt und dann habe ich also so eine volle windel ist halt ein relativ starkes signal Das trau ich uns auf alle Fälle zu.

00:47:15: Aber es ist trotzdem, diesen ersten Schritt zu machen und mal zu zeigen da ist eine Möglichkeit.

00:47:20: das ist ganz spannend.

00:47:21: Und auch da stellt man immer wieder fest Naja Ich habe auch unterschiedliche Windeln die windeln haben auch ein eigengeruch davon darf ich mich wieder nicht täuschen lassen und so weiter und sofort.

00:47:31: also Es wird am ende immer ein bisschen komplizierter als man so in der ersten euphorie denkt.

00:47:37: aber dieser austausch und die zusammenarbeit mit den medizinern an der stelle das ist einfach klasse.

00:47:42: ja Auch das, dass es wirklich interessant in die Zukunft blicken wie auch die anderen Dinge.

00:47:47: Wir haben jetzt einen gewaltigen Bogen geschlagen vom Kohlekraftwerk bis zur Windel.

00:47:52: Zum Schluss noch mal eine Frage.

00:47:54: Gibt es so eine Keller-Applikation wo Sie sagen würden?

00:47:56: Das ist zu knackig!

00:47:57: Das würde ich gerne nochmal knacken.

00:47:59: Also wir haben, was heißt vor vielen Jahren hat gehofft, dass diese Sensoren ins Smartphone reinkommen.

00:48:10: Die sind klein genug, die brauchen nicht viel Energie usw.

00:48:13: Die könnten dort gut eingesetzt werden und dann hätte ich verschiedene Möglichkeiten.

00:48:18: Ich könnte den Sensoren neben mir auf dem Nachtisch liegen haben und das ist mein persönlicher Brandalarm.

00:48:24: Ich atme in den Sensor rein wenn ich telefoniere und der kann meinem Atem analysieren und kann sagen oh pass mal auf Sieht so ein bisschen so aus als solltest du dich mal bei deinem Arzt melden.

00:48:39: Der kann ausnutzen, dass er die Umgebungsluftqualität misst und da gibt es so Effekte das in der Innenstadt.

00:48:47: Man teilweise die Schadstoffkonzentration auf einer Straßenseite zehnmal so hoch ist wie auf der anderen Straßeseite.

00:48:54: Jetzt können die Sensoren untereinander kommunizieren und sagen Mensch geht doch auf die andere Straßenside Da ist die Luft viel besser.

00:49:01: Das ist eine Sache.

00:49:02: das ist nicht eine Applikation sondern man könnte mit dieser Sensorplattform, Smartphone eben sehr viel erschlagen.

00:49:10: Tatsächlich brauchen wir eine Killeranwendung die dann die Gerätehersteller davon überzeugt dass dort die Sensoren wirklich reingehören das die Nutzen sind für die meisten Kunden.

00:49:22: Das heißt also noch nicht so stark dass die Hersteller sagen würden das brauchen unbedingt?

00:49:27: Genau im Moment ist es eher so nice to have und ich meine wenn man sich mal die Historie anguckt weiß nicht ob sie sich noch daran erinnern was so die ersten Smartphone-Killerapplikationen waren, ich erinnere mich noch dran an dieses künstliche Bier trinken mit den ersten iPhones.

00:49:43: Da können wir das iPhone kippen?

00:49:45: Das macht der Glück.

00:49:47: Genau!

00:49:47: Und das ist der Neigungssensor, der da drin ist.

00:49:51: und plötzlich wollten alle einen guten Neigungssensor drinnen haben damit es möglichst echt aussieht.

00:49:57: Man konnte auch mal ein Gummibeerchen aus der Tüte schütteln.

00:49:59: Ja genau.

00:50:01: Okay, das war damals wirklich top of the box.

00:50:04: Genau.

00:50:05: Und wenn man sowas hätte für die Gassensur, deswegen versuchen wir auch immer, die jungen Leute mit reinzuholen und mit Schülern so ein bisschen die auch anzufixen für solche Themen weil ich glaube Ich bin da auf alle Fälle inzwischen zu alt und sehr in den eingefahrenen Spuren drin dass sich mir da die Vorstellung machen könnte was dieses Überzeugende sein könnte ums endlich in die Smartphones reinzubringen.

00:50:31: Ja, dann wünschen wir uns, dass Sie tatsächlich in den nächsten Jahren zusammen mit Schülern oder wie wir auch immer diese Applikationen finden und das wir es als fast universelles Schnuckerwerkzeug im Handy haben.

00:50:43: Ganz vielen Dank.

00:50:44: die Zeit!

00:50:44: Das ist schon vorbei.

00:50:45: ich danke Ihnen sehr für Ihre Zeit war sehr gespannt.

00:50:48: Vielen Dank für das Gespräch.

00:50:50: noch mehr über die elektronischen Spürnasen erfahrt Ihr im aktuellen Heft von Bild der Wissenschaft und online auf wissenschaft.de.

00:50:59: Die April-Ausgabe von BDW befasst sich außerdem mit dem aktuellen Stand der Forschung zum Thema Demenz, unter anderem mit den Mechanismen hinter dieser Erkrankungen.

00:51:07: Außerdem beantworten wir die Frage wie man dem vergessen im Alter vorbeugen kann.

00:51:12: Den Link zu den Artikeln findet ihr in den Show notes.

00:51:16: In der nächsten Podcastfolge geht es dann um das Thema Boden.

00:51:19: Der Biologe Nico Eisenauer von der Uni Leipzig erzählt wer da so alles zu unseren Füßen lebt Und warum das Ökosystem Boden sogar wichtig für unsere Gesundheit ist.

00:51:29: Über Feedback freuen wir uns jederzeit, meldet euch gerne ein paar Mail oder über Instagram.

00:51:34: Vielen Dank fürs Zuhören und bis zum nächsten Mal!