Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und das Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V. (ZAFT) haben das gemeinsame Forschungsprojekt FastSense gestartet. Ziel ist ein portables Messsystem für Gefahrstoffmonitoring und Umweltanalytik, das miniaturisierte Sensortechnik mit KI-basierten Auswertealgorithmen verbindet.
Das System adressiert eine technische Lücke, die Umweltforschung, industrielle Prozessüberwachung und zivile Sicherheit gleichermaßen betrifft: der schnelle, selektive Nachweis niedrigkonzentrierter Schadstoffe und flüchtiger organischer Verbindungen direkt vor Ort – ohne zeitaufwendige Laboranalyse.
Kopplung von Gaschromatographie und Ionenmobilitätsspektrometrie
Im Mittelpunkt des technischen Ansatzes steht die Kombination eines schnellen Gaschromatographen mit einem miniaturisierten Ionenmobilitätsspektrometer (GC-IMS). Diese Kopplung erlaubt die Trennung und Identifikation komplexer Stoffgemische mit hoher Selektivität – eine Eigenschaft, die sowohl für die Umweltanalytik als auch für industrielles Gefahrstoffmonitoring entscheidend ist. Das Fraunhofer IPMS verantwortet die Entwicklung und Integration der sensorischen Kernkomponenten, darunter die Weiterentwicklung des IMS-Chips, die zugehörige Elektronik sowie den Aufbau des Gesamtsystems zu einem kompakten Demonstrator.
Das UFZ bringt seine Expertise in der Umweltanalytik und der Anwendung der Ionenmobilitätsspektrometrie ein. Es definiert die anwendungsrelevanten Anforderungen für die Emissionsanalytik in Waldökosystemen und begleitet die Validierung des Messsystems anhand realer Umweltproben. So stellt das UFZ sicher, dass die entwickelten Technologien praxisnah ausgelegt sind und einen direkten Mehrwert für Umweltforschung und Schadstoffüberwachung liefern.
KI-Algorithmen für Echtzeit-Gefahrstoffmonitoring und Prozessüberwachung
Die sensorische Hardware des GC-IMS-Systems wird durch KI-basierte Algorithmen ergänzt, die eine automatisierte Interpretation der dreidimensionalen Spektrendaten ermöglichen. Das ZAFT übernimmt im Projekt die Entwicklung dieser intelligenten Auswerteverfahren. Ziel ist es, charakteristische Stoffmuster in Echtzeit zu identifizieren und selbst geringste Konzentrationen relevanter Substanzen zuverlässig nachzuweisen – eine Anforderung, die industrielle Prozessüberwachung ebenso stellt wie die Schadstoffdetektion im Freiland.
Das entwickelte System bietet Potenzial für mehrere Einsatzfelder: die Überwachung industrieller Prozesse auf flüchtige Emissionen, die Waldzustandserhebung und Schadstoffüberwachung im Rahmen des Umweltmonitorings sowie Anwendungen in der zivilen Sicherheit, etwa zur Detektion von Gefahr- oder Explosivstoffen. Das Kooperationsprojekt FastSense läuft von November 2025 bis Dezember 2027 und wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) sowie aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes mitfinanziert.
