Empa entwickelt Sensorkeramik

Forschende des in Dübendorf ansässigen Labors für Hochleistungskeramik der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) arbeiten derzeit an der Entwicklung weicher und sensibler Sensormaterialien auf Basis von Keramikpartikeln, die auf Druck oder Temperaturänderungen reagieren können. Wie aus einer Mitteilung hervorgeht, werden dabei vom Team um Frank Clemens anorganische Werkstoffe wie Kalium-Natrium-Niobat, Zinkoxid oder auch Kohlenstoffpartikel genutzt, die im Sinterverfahren zu sogenannten Keramiken mit piezoelektrischen Eigenschaften hergestellt werden. Um sie als Sensor nutzen zu können, werden die Keramikpartikel in eine Matrix aus thermoplastischem Kunststoff eingebettet. Unter Einfluss von Druck, Dehnung, Temperatur oder Feuchtigkeit verändert sich der Abstand der Keramikpartikel und damit die elektrische Leitfähigkeit des Materials.

„Wenn man die Keramiksensoren in der Praxis einsetzen will, sollte man aber wissen, was man misst“, wird Forschungsleiter Clemens in der Mitteilung zitiert. Dem Team ist es gelungen, Sensoren zu entwickeln, die nur auf Druck oder nur auf Temperatur reagieren. Ein solcher auf Druck reagierender Sensor könnte in Roboter-Greifwerkzeugen eingesetzt werden und diesen bei Kontakt mit einem Menschen zurückziehen, ohne ihn zu verletzen.

Um die Druck- und Temperatursensibilität der Keramiksensoren weiter zu erhöhen, haben die Empa-Forschenden gemeinsam mit der Universität Cambridge ein lernendes, von Künstlicher Intelligenz unterstütztes Modell entwickelt, das Daten aus mehr als 4500 Messungen berücksichtigt.

Nebst Einsatzgebieten in der Technik sind auch solche in der Medizin vorstellbar. So arbeitete das Team an einem Innosuisse-Projekt mit IDUN Technologies an der Entwicklung flexibler Elektroden für Gehirnstrommessungen zusammen. ce/ww