Rýchlo skontrolovaná kvalita potravín
Či už ide o ovocie, mäso alebo syry – nie vždy je kvalita taká, akú si spotrebiteľ želá. Spektrometer v budúcnosti zákazníkom prezradí, aká je kvalita potravín. Zariadenie nie je väčšie ako kocka cukru, dá sa vyrobiť lacno a dokonca by si v budúcnosti mohlo nájsť miesto aj v smartfónoch.
Je ananás zrelý? Alebo sa nahneváte, keď prídete domov a uvedomíte si, že kupovaný výtlačok nie je sladký ani šťavnatý? A čo kvalita mäsa? Obsahuje príliš veľa vody a pri vyprážaní sa stáva tvrdým? Pri nákupe potravín sa zákazníci často musia spoliehať na šťastie. V budúcnosti by sa to malo skončiť: Potom už len stačí priložiť smartfón k produktu, spustiť príslušnú aplikáciu a príslušný výber ponuky, napríklad „hruška“ – a zariadenie potom vydá odporúčanie: Obsah fruktózy v tejto hruške je vysoký, zelené svetlo na nákup. Základom tejto aplikácie je blízky infračervený spektrometer, ktorý meria podiel vody, cukru, škrobu, tuku a bielkovín v produktoch. Systém sa „pozerá“ niekoľko centimetrov hlboko do jedla – dokáže napríklad rozpoznať, či jadro jablka nehnije. Ani tenké obalové fólie nie sú žiadnou prekážkou.
Ako však zariadenie funguje? Vyžaruje širokopásmové svetlo na vzorku, napríklad na kus mäsa. V závislosti od svojho zloženia odráža svetlo rôznych vlnových dĺžok v blízkej infračervenej oblasti v rôznej miere. Spektrum hovorí výskumníkom, koľko z ktorej látky je obsiahnutých v potravinách.
Menšia ako kocka cukru
Čo je na spektrometri zvláštne: S objemom len 2,1 kubického centimetra je približne o 30 percent menší ako kocka cukru – a teda výrazne kompaktnejší ako jeho komerčné náprotivky, ktoré majú rozmery približne dvoch balíčkov masla. Ďalšia výhoda: Zariadenia sú vhodné pre sériovú výrobu a dajú sa vyrobiť cenovo efektívne. „Očakávame, že spektrometre sa budú vyvíjať podobným spôsobom ako digitálne fotoaparáty,“ hovorí Dr. Heinrich Grüger, zodpovedný manažér obchodnej oblasti vo Fraunhoferovom inštitúte pre fotonické mikrosystémy IPMS v Drážďanoch, kde sa systém vyvíja. "Fotoaparáty, ktoré ste si pred desiatimi rokmi mohli kúpiť za 500 eur, dokážu menej ako tie, ktoré dnes dostanete k mobilu prakticky zadarmo."
Spektrometre sa zvyčajne vyrábajú z jednotlivých komponentov: zrkadlá, štrbiny, mriežky a detektory musia byť umiestnené kus po kuse na správnom mieste a navzájom prispôsobené. Výskumníci z IPMS vyrábajú jednotlivé mriežky a optické štrbiny priamo na kremíkových doštičkách. Ale to nie je všetko: tenké kremíkové platne sú také veľké, že sa na ne zmestia komponenty pre niekoľko stoviek spektrometrov – čo znamená, že stovky blízkych infračervených systémov možno vyrobiť jedným ťahom. Vedci ukladajú doštičky s integrovanými komponentmi na vrch tých, na ktorých sú umiestnené optické komponenty. Nastavujú a fixujú doštičky a potom ich izolujú do jednotlivých spektrometrov. Výskumníci nemusia zarovnať každý komponent, ale iba príslušné zostavy substrátu. Ďalšia výhoda tejto MEMS technológie, skratka pre Micro Electro Mechanical Systems: Takto vyrobené zariadenia sú podstatne robustnejšie ako ich ručne vyrábané náprotivky.
Na veľtrhu Sensor+Test od 22. do 24. mája v Norimbergu vedci predstavia prototyp spektrometra (hala 12, stánok 202). Zariadenie by mohlo prísť na trh približne o tri až päť rokov. V ďalšom kroku výskumníci pracujú na vhodnej infraštruktúre. »Vyvíjame inteligentné algoritmy, ktoré okamžite analyzujú zaznamenané spektrá, porovnávajú ich so špecifikáciami a potom dajú zákazníkovi odporúčanie alebo odmietnutie nákupu. Toto tvrdenie sa však týka len kvality produktu, ako je zrelosť alebo obsah vody. Systém však nemôže poskytnúť mikrobiologické a toxikologické nálezy." Aplikácie spektrometra sa neobmedzujú len na potravinársky sektor: deteguje napríklad falzifikáty, a preto dokáže preukázať, či sú materiály rovnako vysokej kvality ako originál, alebo či majú nižšiu kvalitu. Môže tiež odhaliť miesta, ktoré boli na aute premaľované, alebo skontrolovať obsah liekov a ošetrujúcich krémov.
Zdroj: Drážďany [Fraunhofer Society]
