Fraunhofer si mostra in alto

A causa dell'elevata domanda di sensori in un'ampia varietà di campi applicativi, esistono requisiti molto diversi per la loro funzionalità e profilo prestazionale. Di conseguenza, l'obiettivo principale del lavoro di ricerca presso il Fraunhofer IPMS è quello di sviluppare sensori e sistemi di sensori personalizzati e specifici per l'applicazione. In tal modo, i prodotti esistenti vengono ampliati e nuove applicazioni sono rese possibili attraverso l'uso di tecnologie, componenti e sistemi innovativi. Questi sono caratterizzati da maggiore precisione, dimensioni più piccole, migliore efficienza energetica e funzioni aggiuntive rispetto ai sensori standard. La gamma di servizi spazia dalla concezione e sviluppo di prototipi alla produzione pilota nei laboratori e nelle camere bianche dell'istituto, dai componenti ai sistemi completi. La combinazione con l’intelligenza artificiale (software AI) consente anche lo sviluppo di sistemi “intelligenti” completi.

Di seguito sono riportati in dettaglio gli ultimi sviluppi nella tecnologia dei sensori ottici, chimici e a ultrasuoni di Fraunhofer IPMS in mostra alla fiera SENSOR+TEST di Norimberga nel maggio 2023.

Immagine sopra: sensore a ultrasuoni di Fraunhofer IPMS. Copyright: © Fraunhofer IPMS.

Fraunhofer IPMS offre innovativi sistemi di analisi spettrale del vicino infrarosso (NIR) compatti e ultracompatti. Inoltre, l'istituto presenta, per la prima volta, un dimostratore che utilizza l'analisi spettrale per rilevare la composizione dei tessuti. Il campo di applicazione apre numerose possibilità lungo l'intera catena del valore. In questo modo i materiali potranno essere controllati dall'acquirente al momento dell'acquisto. Nell'ambito della cura è possibile identificare la necessità di pulizia analizzando le particelle di sporco e determinare un programma di lavaggio adeguato in base al colore e ai materiali. Soprattutto nel contesto dell'Ambient Assisted Living sono concepibili campi di applicazione versatili. Il sistema può essere utilizzato anche in relazione al riciclaggio dei tessili per classificare i tessili in base al colore e ai materiali.

Altre aree di applicazione dei sistemi di analisi spettrale Fraunhofer IPMS includono il test della freschezza degli alimenti, la cernita di oggetti in plastica durante il riciclaggio o la determinazione del tipo e della concentrazione delle materie prime nei prodotti farmaceutici. I sistemi possono essere adattati in modo flessibile a diverse gamme spettrali nel processo di progettazione.

Grazie alla combinazione della spettroscopia nel vicino infrarosso "a punto singolo" con la semplice imaging RGB, si ottiene la massima determinazione delle informazioni, che consente la connessione a sistemi intelligenti con software AI. È previsto uno sviluppo continuo del sistema. In questo contesto si mira ad un intervallo spettrale più ampio nella gamma UV per rendere visibili contaminazioni come muffe e batteri.

Nel campo dei sensori chimici, gli scienziati del Fraunhofer IPMS presentano un chip analitico elettrochimico che, con i suoi microelettrodi in oro, argento o platino, consente numerose procedure di analisi elettrochimica con le più piccole quantità di analisi. Campi di applicazione sono, ad esempio, lo sviluppo di materiali per semiconduttori organici o il controllo delle reazioni offline, nonché l'analisi elettrochimica dei fluidi corporei.

Immagini al microscopio di chip analitici elettrochimici, con elettrodo di lavoro (WE), controelettrodo (CE) ed elettrodo di riferimento (RE). I chip hanno una dimensione di 5×5 mm². Copyright: Fraunhofer IPMS.

Per il rilevamento di ioni, conduttività ionica e temperatura nelle soluzioni acquose, l'istituto sviluppa sensori basati su ISFET (ion-sensitive field-effect transistor) e una tecnologia di integrazione collegabile. Ciò consente, ad esempio, la misurazione del pH senza un elettrodo di riferimento convenzionale, che può essere realizzata su un chip comprendente un sensore di conducibilità e temperatura. Il chip può essere conservato asciutto e può essere integrato in un ambiente CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). La modifica degli strati del sensore consente inoltre di regolare la sensibilità per ioni o molecole specifici.