Ob beim Ausdauersport, Krafttraining oder bei bewegten Outdoor-Aktivitäten: Viele ambitionierte Freizeitsportler und auch Profis schätzen Fitness-Tracker und Smartwatches als moderne Trainingspartner. Mittlerweile sind die leistungsstarken Wearables allerdings in der Lage, noch deutlich umfassendere Daten zu ermitteln als Klassiker wie Kalorienverbrauch oder Herzfrequenz. Wie das Magazin derstandard.at berichten, könnte bald eine Sensorik kommen, die Aufschluss über die Luftqualität gibt. Der Sinn dahinter leuchtet schnell ein: Mit dem Wissen um eine etwaige Feinstaubbelastung der Luft lassen sich Trainingsstrecken oder -räume besser auswählen. Davon wiederum profitiert unter Umständen der gesamte Trainingserfolg.
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Forschungsprojekt testet Feinstaubsensoren
Forscher des Instituts für Elektronische Sensorsysteme vom Kärntner Forschungszentrum CTR (Carinthian Tech Research) und der TU Graz wollen in einem zweijährigen Projekt namens EFiPas zusammen mit dem Chiphersteller AMS herausfinden, ob Feinstaubsensoren in Mikrochips integrierbar sind – für die Nutzung in Smartphone und Co. Bisher existieren entsprechende Geräte nur als separate Messinstrumente von mindestens der Größe einer Zündholzschachtel. Ziel wäre jedoch, sie als Chips günstig in verschiedenste Elektrosysteme einzubauen.
Das Finale der von den Ländern Kärnten und Steiermark geförderten Forschungsarbeit soll ein Chip als Demonstrator bilden, der die Praktikabilität belegt und vereinfacht vorführt. Nach einem halben Jahr im Projekt (Stand Februar 2019) liegen bereits erste Simulationen für Testchips vor.
Evanszenz-Messprinzip als Grundlage
Die bisherigen Sensoren vollziehen die Messung mit Hilfe von Laserlicht und Aerosolfiltern oder indem sie die Partikel mit einer Ladung versehen, die dann elektronisch erfassbar wird. Laut Andreas Tortschanoff, Senior Researcher des CTR, würde sich die neue chipintegrierte Feinstaubmessung allerdings markant von den bekannten Verfahren unterscheiden. Denn die Forscher wollen abklären, ob sich das Evaneszenz-Feld-Prinzip für diesen Einsatz eignet.
Evanszenz bedeutet: Elektromagnetische Wellen sind auch hinter den Oberflächen zu finden, auf denen sie sich bilden. Wenn etwa ein Spiegel Licht reflektiert, ist der Strahlenanteil hinter der reflektierenden Lage nicht Null. Ein geringer Anteil befindet sich auch dahinter, allerdings nimmt er exponentiell ab. Konventionelle Physik stößt hier an ihre Grenzen, es ist die Berücksichtigung wellenoptischer Wirkung, die diesen Effekt erklärbar macht. Aufgrund der Evaneszenz benötigen etwa Glasfaserleitungen eine besondere Schutzummantelung, damit ihr evaneszentes Feld nicht mit der Umgebung interagiert.
Um nun dasselbe Prinzip auf die Sensorik zur Feinstaubbestimmung zu übertragen, machen sich die Forscher zunutze, dass die Feinstaubpartikel um einen Lichtleiter herum mit dem evaneszenten Feld reagieren und es verändern. Genau dieser Einfluss lässt sich messen, indem die man die Beschaffenheit des Lichts am Ende des Leiters analysiert. Je nachdem, wie intensiv das Licht sich bei unterschiedlichen Wellenlängen zeigt, lässt sich auf die Präsenz von Feinstaub am Lichtleiter schließen.
Fitness-Tracker zeigt Feinstaubbelastung an
Bestätigt sich die Nutzbarkeit des Prinzips am Demonstrator, dann könnte das High-Tech-Fitness-Tracker bald effiziente Vorschläge zur Gestaltung der Trainingsörtlichkeit liefern: Beim Jogging würde es Ihnen etwa nahelegen, besser in die ruhige Parallelstraße einzubiegen, anstatt unwissentlich die Feinstaubbelastung an der nahen Hauptstraße in Kauf zu nehmen. Schließlich ist die vermeintlich frische Luft nicht immer und überall förderlich. Insbesondere beim Sport, wenn Sie diese durch die beschleunigte Herzfrequenz tief inhalieren, kann die unkomplizierte Messung sowohl für die direkte Trainingsleistung als auch nachhaltig gesundheitlich einen Unterschied machen.