Zusammen mit Partnern entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS ein tragbares und schnelles Messsystem, das modernste Sensortechnologien mit künstlicher Intelligenz kombiniert und neue Massstäbe für die frühzeitige Erkennung von Schadstoffen und Umwelteinflüssen setzt.
Durch Stress verursachte Veränderungen am Ökosystem wie Trockenheit, Krankheiten oder Schädlingsbefall konnten bisher nur durch aufwendige und zeitverzögerte Laboranalysen nachgewiesen werden. Diese Belastungen äussern sich häufig durch Veränderungen der emittierten flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Für rasche Gegenmassnahmen fehlten schnelle und mobile Messsysteme. FastSense füllt diese Lücke und entwickelt die Grundlagen für ein portables, robustes und hochsensitives Messsystem, das den schnellen und selektiven Nachweis von niedrigkonzentrierten Analytsubstanzen ermöglicht.
FastSense wird ein neuartiges Messsystem, das einen schnellen Gaschromatographen mit einem miniaturisierten Ionenmobilitätsspektrometer (GC-IMS) kombiniert. KI-basierte Algorithmen werten die komplexen dreidimensionalen Messdaten automatisch aus. Mit den neuen Geräten sollen selbst geringste Konzentrationen relevanter Substanzen zuverlässig erkannt und charakteristische Muster in Echtzeit identifiziert werden. Das Gesamtsystem wird unter praxisnahen Umweltbedingungen erprobt.
Das Systems soll zusätzlich die zuverlässige und mobile Erfassung chemischer Markerstoffe direkt vor Ort ermöglichen. Dadurch können Umweltveränderungen schneller als bisher erkannt und bewertet werden. Diese Technologie kann auch in der zivilen Sicherheit zur Erkennung von Gefahr- oder Explosivstoffen oder für die industrielle Prozessüberwachung verwendet werden.
Zusammenarbeit mit Partnern
Das Fraunhofer IPMS ist mit seiner langjährige Expertise in der Miniaturisierung von elektronischen und mikrosystemtechnischen Komponenten für die Entwicklung und Integration der sensorischen Kernkomponenten zuständig. Es arbeitet an der Weiterentwicklung des IMS-Chips, der zugehörigen Elektronik und dem Aufbau des Gesamtsystems. Der Fokus liegt auf der Kopplung des schnellen Gaschromatographen mit einem leistungsfähigen, hochselektiven Ionenmobilitätsspektrometer und der Umsetzung eines kompakten Demonstrators.
Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) verfügt über ein profundes Know-how im Bereich der Umweltanalytik und der Anwendung von Ionenmobilitätsspektrometrie. Es definiert die anwendungsrelevanten Anforderungen, insbesondere für die Emissionsanalytik in Waldökosystemen, und begleitet die Validierung des Systems anhand realer Umweltproben. Mit dem Zusammenbringen der Expertisen der beiden Institute wird gewährleistet, dass die entwickelten Technologien praxistauglich sind und einen Mehrwert für die Umweltforschung und das Umweltmonitoring bieten.
Das Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V. (ZAFT) ergänzt das Konsortium mit seiner Kompetenz in der angewandten Forschung, der Entwicklung von Hard- und Softwarelösungen und der KI- gestützten Datenverarbeitung. Das ZAFT übernimmt die Entwicklung schneller, intelligenter Auswertealgorithmen für komplexe GC-IMS-Spektren. Diese Methoden bilden die Grundlage für eine automatisierte Interpretation der Messdaten und ermöglichen den Einsatz des Systems vor Ort. Das Kooperationsprojekt FastSense dauert von November 2025 bis Dezember 2027 und vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und aus sächsischen Steuermitteln finanziert.
