Dresden. Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS startet gemeinsam mit Partnern das Forschungsprojekt FastSense – Innovative Sensorik und KI für Umwelt- und Gefahrstoffmonitoring.
Partner sind das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und das Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V. (ZAFT). Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines tragbaren und schnellen Messsystems, das modernste Sensortechnologien mit künstlicher Intelligenz kombiniert und neue Maßstäbe für die frühzeitige Erkennung von Schadstoffen und Umwelteinflüssen setzt.
Aktuelle Umweltbeobachtungen zeigen, dass Wälder und andere Ökosysteme zunehmend unter Stressfaktoren wie Trockenheit, Krankheiten oder Schädlingsbefall leiden. Diese Belastungen äußern sich häufig durch Veränderungen der emittierten flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Deren messtechnische Erfassung mit konventioneller Technik ist nur mit hohem analytischem Aufwand mittels Labormethoden möglich und daher zeitverzögert. Für eine frühzeitige Erkennung und das rechtzeitige Einleiten von Gegenmaßnahmen fehlt es an schnellen, einfachen und Vor-Ort einsetzbaren Messsystemen. Das Vorhaben FastSense adressiert genau diese Lücke und entwickelt die Grundlagen für ein portables, robustes und hochsensitives Messsystem, das den schnellen und selektiven Nachweis von niedrigkonzentrierten Analytsubstanzen ermöglicht.
Im Projekt FastSense wird ein neuartiges Messsystem entwickelt und validiert, das einen schnellen Gaschromatographen mit einem miniaturisierten Ionenmobilitätsspektrometer (GC-IMS) kombiniert. Ergänzt wird die sensorische Hardware durch KI-basierte Algorithmen zur automatisierten Auswertung der komplexen dreidimensionalen Messdaten. Dadurch sollen selbst geringste Konzentrationen relevanter Substanzen zuverlässig erkannt und charakteristische Muster in Echtzeit identifiziert werden.
Mithilfe dieses neuartigen Systems soll über das Vorhaben hinaus eine schnelle, zuverlässige und mobile Erfassung chemischer Markerstoffe direkt vor Ort ermöglicht werden. Dadurch können Umweltveränderungen frühzeitig erkannt und bewertet werden, etwa im Rahmen der Waldzustandserhebung oder der Schadstoffüberwachung. Darüber hinaus bietet die Technologie Potenzial für Anwendungen in der zivilen Sicherheit, beispielsweise zur Detektion von Gefahr- oder Explosivstoffen, sowie für die industrielle Prozessüberwachung.
Projektpartner
Das Dresdener Fraunhofer IPMS übernimmt im Projekt die Entwicklung und Integration der sensorischen Kernkomponenten. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) mit mehreren Standorten in Ostdeutschland verfügt über ein profundes Know- how im Bereich der Umweltanalytik und der Anwendung von Ionenmobilitätsspektrometrie. Das Dresdner 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 sowie der KI-gestützten Datenverarbeitung.
Das Fraunhofer IPMS ist ein international führender Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für elektronische und photonische Mikrosysteme in den Anwendungsfeldern Intelligente Industrielösungen, Medizintechnik und Gesundheit, Mobilität sowie Grüne und Nachhaltige Mikroelektronik.
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