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Der neuartige Spektrometer-Chip zum Größenvergleich auf einer Hand. Er ist viel kleiner als bisherige Spektrometer und damit alltagstauglicher. Bildrechte: Oregon State

Entwicklung aus FinnlandPer Mini-Chip: So wird das Smartphone zur Hyperspektralkamera

20. Oktober 2022, 20:00 Uhr

Eine genaue Beobachtung von Sternen oder Gesteinen leichtgemacht: Ein Forscherteam unter finnischer Leitung hat einen winzigen Chip entwickelt, mit dem sich Spektralanalysen per Smartphone durchführen lassen. Dabei wird das Spektrums des Lichts wie bei einem Regenbogen untersucht und daraus auf die Stoffe geschlossen, die dieses Spektrum verursacht haben.

Die Technik der Spektralanalyse findet bereits in vielen Bereichen Anwendung, etwa bei Sicherheitssensoren, biologischen Analysen, medizinischen Geräten oder Weltraumteleskopen. Allerdings waren die dafür genutzten Spektrometer bisher relativ groß. Ein internationales Forschungsteam hat nun an der finnischen Aalto-Universität einen High-Tech-Chip entwickelt, der die Eigenschaften der bisherigen Spektrometer in sich vereint, aber nur wenige Millimeter groß ist.

Mikrochip statt sperriger Detektor

"Unser Detektor ist ein All-in-One-Gerät", erklärt der Studienautor Hoon Hahn Yoon. Denn auf ihm befinde sich die ganze bisherige optoelektronische Hardware, die konventionelle Spektrometer so sperrig macht. Damit ließe sich Licht jeder Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Bereichs messen. Da der neuartige Chip zudem komplett elektronisch steuerbar ist, kann er auch leicht in andere Apparate integriert und in großen Mengen produziert werden. "Wenn wir es direkt in tragbare Geräte wie Smartphones oder Dronen einbauen, könnten wir damit unser tägliches Leben verbessern", so Yoon.

Anwendungen in der Medizin und beim Umweltschutz

So könnte die nächste Generation von Handys mit Hyperspektral-Kameras ausgerüstet sein, die gewöhnliche Aufnahmegeräte um ein Vielfaches übertreffen. Neben dem alltäglichen Gebrauch könnten die neuartigen Spektrometer auch in anderen Bereich verwendet werden: beispielsweise in der Medizin, um menschliches Gewebe zu analysieren. Beim Umweltschutz könnte mit ihnen die Verschmutzungsgrad der umgebenden Luft, von Wasser oder im Boden gemessen werden. "Wenn Sie Astronomie interessiert, könnten sie damit das Lichtspektrum untersuchen, das Sie mit Ihrem Teleskop eingefangen haben", erläutert Prof. Ethan Minot von der Oregon State University, der an der Studie beteiligt war. "Wenn die Geologie zu Ihren Hobbys zählt, könnten Sie Edelsteine identifizieren, indem Sie das Lichtspektrum messen, das diese absorbieren."

Bisher nur Machbarkeitsstudie

Der Vorteil der Mini-Chips liegt laut den Forschenden neben ihrer Handlichkeit auch in den geringeren Produktionskosten – wobei ihre industrielle Herstellung noch ein ganzes Stück entfernt liegt. Vorerst handelt es sich um eine reine Machbarkeitsstudie. "Aber mit weiteren Verbesserungen bei der Auflösung und Effizienz könnten die neuartigen Spektrometer als wichtige Werkzeuge dienen, bis hin zum Quantencomputer-Bereich", resümiert Prof. Pertti Hakonen von der Aalto-Universität.

Links/Studien

Die Studie "Miniaturized spectrometers with a tunable van der Waals junction" ist am 20.10.2022 im Fachmagazin "Science" erschienen.

cdi

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