Jeden Tag fliessen grosse Warenströme um die Welt. Dazu gehören auch besonders heikle Ladungen wie bestimmte Impfstoffe, Medikamente und Lebensmittel. Um sicherzustellen, dass diese Produkte sicher an ihrem Bestimmungsort ankommen, müssen sie in der gesamten Lieferkette in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. Es ist jedoch kostspielig und nicht nachhaltig, jede Fracht mit Sensoren und Chips für die drahtlose Kommunikation auf Siliziumbasis auszustatten.
Wissenschaftler der EPFL, der Empa und des CSEM haben sich dieser Herausforderung im Rahmen eines vierjährigen Projekts namens GREENsPACK gestellt. Sie haben einen gedruckten, chip- und kabellosen Smart Label entwickelt, der erkennen kann, ob ein bestimmter Temperaturschwellenwert überschritten wurde. Dieser kleine Aufkleber ist siliziumfrei und besteht aus biologisch abbaubaren Materialien.
"Unser Smart-Label kann zu einem nachhaltigeren Internet der Dinge beitragen, von der Materialauswahl über die Abfallvermeidung durch additive Fertigung bis hin zur Kompostierung am Ende des Lebenszyklus", erklärt Danick Briand vom Laboratoire des microsystèmes souples ( LMTS ), das von Herbert Shea an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und -techniken der EPFL geleitet wird. Danick Briand ist Mitautor des Artikels, der das Gerät beschreibt und kürzlich in Nature Communications veröffentlicht wurde
Nachhaltige Schaltkreise mit einem Speicher
Das LMTS-Team stellte den Sensor auf einem an der Empa entwickelten Verbundsubstrat aus Biopolymer und Zellulosefasern her und stützte sich dabei auf ein Design und eine Lesetechnologie, die am CSEM entwickelt wurden. Um zu funktionieren, benötigt das Etikett weder eine Batterie noch einen Silizium-Chip-Emitter. Er basiert auf einem drahtlosen elektrischen Resonator, der aus hochleitfähigen und stabilen Zinkbahnen besteht, die durch ein natürliches Wachs geschützt sind. Wenn diese Leiterbahnen einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden, das z. B. von einem drahtlosen Etikettenlesegerät ausgeht, wird eine Resonanz erzeugt, die das Lesegerät dekodieren kann. Wird der Temperaturschwellenwert überschritten, schmilzt ein biobasiertes Festöl auf dem Schaltkreis und verändert diese Resonanz. Bei der nächsten Lesung wird das Etikett deutlich anzeigen, dass die Ladung einer zu hohen Temperatur ausgesetzt war.Je nach Art des verwendeten Öls können
Im Jahr 2022 produzierte die Welt 62 Megatonnen E-Müll, was 16 Eiffeltürmen pro Tag entspricht. Nur 22% werden ordnungsgemäss recycelt.
James Bourely und Nicolas Fumeaux, LMTS
unterschiedlicheTemperaturschwellen festgelegt werden. Vor allem gefrorenes Oliven-, Jojoba- und Kokosnussöl schmilzt bei unterschiedlichen Temperaturen und löst irreversible Veränderungen der Resonanzfrequenz aus. Nach dem Schmelzen wird das Öl von einem darunter liegenden Zellulosematerial absorbiert, wodurch das Etikett unabhängig von seiner Neigung zuverlässig funktioniert.
James Bourely und Nicolas Fumeaux, Koautoren und Forscher am LMTS, hoffen, dass ihre Technologie dazu beitragen wird, das wachsende Umweltproblem des Elektronikschrotts zu bekämpfen.
"Diese Arbeit stellt eine grüne Technologieplattform für die Herstellung nachhaltiger Leiterplatten dar und trägt somit zur Verringerung der Menge an Elektronikschrott bei, was ein grosses Umweltproblem ist: Im Jahr 2022 produzierte die Welt 62 Megatonnen E-Müll, was 16 Eiffeltürmen pro Tag entspricht. Nur 22% werden ordnungsgemäss recycelt."
