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Mittwoch, 13.12.2017
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Ein Apfel in Camouflage

Neuartiger Sensor überwacht Früchtetransport

Er sieht aus wie eine Frucht, verhält sich wie eine Frucht – ist in Wahrheit aber ein Spion: Ein neu entwickelter Sensor soll präzise Temperaturüberwachung von verschifften Früchten ermöglichen. Auf der langen Reise von der Obstplantage ins Ladenregal können diese schnell verderben. Vor allem die Kühlung in den Cargo-Containern ist nicht immer gewährleistet und wird von bisherigen Methoden nur unzureichend gemessen. Der Frucht-Sensor verspricht Abhilfe.
Künstlicher Apfel mit Sensor in der Mitte – hier die Variante Braeburn.

Künstlicher Apfel mit Sensor in der Mitte – hier die Variante Braeburn.

Bis Mangos, Bananen oder Orangen bei uns 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 bei uns ausgelegt. Nicht jede Ladung schafft es allerdings heil bis an den Zielort. Obwohl die Früchte regelmäßig überprüft werden, bekommen einige davon auf der Reise Druckstellen oder verderben gar. Denn die Qualitätskontrolle ist noch deutlich verbesserungsfähig.

So messen Sensoren zwar die Lufttemperatur im Frachtcontainer, ausschlaggebend für die Qualität des Obstes ist allerdings die Kerntemperatur der einzelnen Frucht. Die lässt sich bislang aber nur messen, indem man mit einem Messfühler durch die Schale in den Kern sticht. Und selbst dieses Verfahren birgt Tücken: Für die Messung nimmt der Tester meist eine Frucht aus einem Karton der vorderen Palettenreihe im Container. Doch das verfälscht den Eindruck, denn an den Außenwänden des Transportcontainers sind die Früchte besser gekühlt als im Inneren.

Ein grüner Fruchtsensor wird mit echten Mangos auf die Reise geschickt.

Ein grüner Fruchtsensor wird mit echten Mangos auf die Reise geschickt.

Früchte aus dem 3D-Drucker


Um die Kühlung präzise zu überwachen, haben Forscher der Schweizer Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa nun einen Fruchtsensor entwickelt. Er besitzt Form und Größe der jeweiligen Frucht, sowie deren simulierte Zusammensetzung. Um die Eigenschaften einzelner Fruchtsorten nachbilden zu können, wird das Obst geröntgt und die durchschnittliche Form und Beschaffenheit am Computer berechnet.


Zudem wird das Fruchtfleisch auf die genaue Zusammensetzung hin analysiert, meist eine Kombination aus Wasser, Luft und Zucker. Diese bilden die Forscher im exakten Verhältnis nach, wobei sie statt der Originalzutaten einen Mix aus Wasser, Kohlenhydraten und Polystyrol verwenden. Das künstliche Fruchtfleisch wird in eine synthetische Schale gefüllt, die am 3D-Drucker nach dem Vorbild der echten Frucht entsteht.

Statt eines Kerngehäuses platzieren die Forscher schließlich den eigentlichen Messsensor im Zentrum des Fruchtimitats. Der fertige Sensor kann zusammen mit den echten Früchten verpackt und auf die Reise geschickt werden. Nach der Ankunft am Zielort lassen sich die gesammelten Temperatur-Daten dann relativ einfach und schnell analysieren.

Sensoren in verschiedenen Sorten


Die ersten Resultate sind viel versprechend: "Wir haben die Sensoren in der Kältekammer auf Herz und Nieren analysiert, und alle Test waren erfolgreich", erklärt Projektleiter Thijs Defraeye. Zwar gibt es bereits einfache Fruchtkernsimulatoren, doch seien die noch nicht akkurat genug, sagt der Forscher.

Beispielsweise gebe es bereits Wasser-gefüllte Kugeln mit Sensor im Innern auf dem Markt. "In Vergleichstests lieferte unsere Füllung aber deutlich exaktere Daten und simulierte das Verhalten einer echten Frucht bei unterschiedlichen Temperaturen weitaus zuverlässiger", berichtet Defraeye. Kein Wunder, entwickeln die Wissenschaftler doch eigene Sensoren für verschiedene Früchte und sogar Unterarten. So wird zum Beispiel für die Apfelsorte Braeburn ein anderer Sensor verwendet als für Jonagold-Äpfel.

Noch ohne Wireless


Erste Feldversuche mit den Sensoren laufen, und die Forscher sind nun auf der Suche nach möglichen Industriepartnern, um die Frucht-Spione herzustellen. Lohnen dürfte sich die Investition auf jeden Fall: Schätzungen zufolge belaufen sich die Kosten für einen solchen Sensor auf unter 50 Euro. Die Daten müssten nur dann ausgewertet werden, wenn mit der angelieferten Ware etwas nicht stimmt. Damit ließe sich effizient ermitteln, wo im Prozess der Fehler unterlaufen ist.

Wünschenswert wäre es natürlich, die Daten aus dem Cargo-Container künftig live und in Echtzeit abrufen zu können, um gegebenenfalls noch eingreifen zu können – und so die Fracht eventuell noch zu retten. Dazu wäre jedoch eine Wireless- oder Bluetooth-Verbindung nötig. "Das kann unser jetziger Fruchtsensor allerdings noch nicht. Und der Preis für das Produkt würde dadurch natürlich steigen", so Defraeye. Aber der Gewinn für die Unternehmen wohl ebenfalls, wenn sie dank Fruchtsensoren mehr einwandfreie Ware liefern können.
(Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa, 28.03.2017 - CLU)
 
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