Freitag, 23. Februar 2018
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Smarter Spion beim Obst-Transport

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Ein Apfel in Camouflage: Forscher entwickeln neuen Fruchtsensor

31.01.2018

Frucht-Agent in "geheimer Mission": Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben einen neuen Sensor entwickelt, der aussieht wie eine Frucht, sich wie eine Frucht verhält - der in Wahrheit aber ein Spion ist.

 - Der Sensor sieht aus wie eine Frucht, verhält sich wie eine Frucht – ist in Wahrheit aber ein Spion.
© Empa
Der Sensor sieht aus wie eine Frucht, verhält sich wie eine Frucht – ist in Wahrheit aber ein Spion.

Bis Mangos, Bananen oder Orangen in den Läden ausliegen, haben sie meist einen weiten Weg hinter sich. Sie werden gepflückt, eingepackt, gekühlt, in Kühl-Container gepackt, verschifft, gelagert und schließlich im Handel ausgelegt. Allerdings schafft es nicht jede Warenladung heil bis an den Zielort. Obwohl die Früchte regelmässig überprüft werden, werden einige davon auf der Reise beschädigt oder verderben gar. Das Monitoring ist noch deutlich verbesserungsfähig – Schweizer Wissenschaftler haben nun eine neue pfiffige Lösung entwickelt.

Bislang messen Sensoren zwar die Lufttemperatur im Frachtcontainer, ausschlaggebend für die Qualität des Obstes ist allerdings die Kerntemperatur der einzelnen Frucht. Die lässt sich bis dato aber nur „invasiv“ messen, also indem man mit einem Messfühler durch die Schale in den Kern sticht. Und selbst dieses Verfahren birgt Tücken. Für die Messung nimmt der Fachmann meist eine Frucht aus einem Karton der vorderen Palettenreihe im Container – das wiederum verfälscht den Eindruck. Früchte, die näher an den Aussenwänden des Transportcontainers lagern, sind nämlich besser gekühlt als Früchte im Innern.

Sensor auf Reisen

Es ist also dringend nötig nachzuweisen, dass die Kühlung über den erforderlichen Zeitraum auch tatsächlich bis zu allen Früchten in der gesamten Ladung durchgedrungen ist. Um genau das zu gewährleisten und zu überwachen, haben Forscher der Empa nun einen Fruchtsensor entwickelt. Er besitzt Form und Größe der jeweiligen Frucht und deren simulierte Zusammensetzung und kann zusammen mit den echten Früchten verpackt und auf die Reise geschickt werden. Nach der Ankunft am Zielort können die Daten des Sensors dann relativ einfach und schnell analysiert werden. Daraus erhoffen sich die Wissenschaftler Aufschlüsse über den Temperaturverlauf während des Transports. Diese Information ist vor allem auch aus versicherungstechnischen Gründen wichtig.

Sollte nämlich eine Lieferung nicht den Qualitätsansprüchen genügen, lässt sich mit Hilfe des Sensors beispielsweise eruieren, an welcher Stelle in der Lagerungs- und Transportkette etwas schief gelaufen ist. Erste Resultate sind auf jeden Fall viel versprechend: „Wir haben die Sensoren in der Empa Kältekammer auf Herz und Nieren analysiert, und alle Test waren erfolgreich“, erklärt Projektleiter Thijs Defraeye aus der Abteilung „Multiscale Studies in Building Physics“.

Geröntges Obst

Ein und derselbe Sensor funktioniert allerdings nicht für alle Früchte, erklärt Defraeye. „Wir entwickeln für jede Frucht einen eigenen Sensor, sogar für Unterarten.“ So gibt es zurzeit separate Sensoren für die Apfelsorte Braeburn und Jonagold, die Kent-Mango, für Orangen sowie für die klassische Cavendish-Banane. Um die Eigenschaften der einzelnen Fruchtsorten nachbilden zu können, wird das Obst geröntgt, und ein Computeralgorithmus erstellt daraus die durchschnittliche Form und Beschaffenheit der Frucht. Aus der Literatur oder aus eigenen Messungen bestimmen die Forscher dann die genaue Zusammensetzung des Fruchtfleisches (meist eine Kombination aus Wasser, Luft und Zucker) und bilden diese im Labor im exakten Verhältnis nach – allerdings nicht mit den Originalzutaten, sondern aus einem Mix aus Wasser, Kohlenhydraten und Polystyrol. Mit diesem Gemisch wird die fruchtförmige Schalung des Sensors befüllt. Die Schalungen entstehen dabei im 3D-Drucker. Im Inneren dieser künstlichen Frucht platzieren die Forschenden den eigentlichen Sensor, der die Daten – unter anderem die Kerntemperatur der Frucht – aufzeichnet.

Füllung mit deutlich exakteren Daten

Zum Vergleich: Bisherige Messgeräte an den Containerwänden liefern nur die Lufttemperatur, was allerdings nicht ausreicht, denn die Frucht kann im Innern trotzdem zu warm sein. Zwar gibt es solche Fruchtkernsimulatoren bereits im Forschungsumfeld, doch sie seien noch nicht akkurat genug, erklärt Defraeye. Beispielsweise kämen bereits mit Wasser gefüllte Kugeln mit Sensor im Innern zum Einsatz. „Wir haben Vergleichstests gemacht“, so der Forscher. „Und unsere Füllung lieferte deutlich exaktere Daten und simulierte das Verhalten einer echten Frucht bei unterschiedlichen Temperaturen weitaus zuverlässiger.“

Erste Feldversuche mit den Sensoren laufen bereits und die Schweizer Forscher sind nun auf der Suche nach möglichen Industriepartnern, um die Frucht-Spione herzustellen.