Sensorik und Analytik

Öffentlich geförderte Projekte

Gesundheit messen

Titel:
Gesundheit messen – Methoden für die evidenzbasierte Gesundheitsförderung
Kompetenzfeld:
Mess- und Sensortechnik, Gesundheitsförderung und Organisationsentwicklung, Bioanalytik
Projektzeitraum:
01.01.2018 – 31.12.2021
Mittelgeber:
Bayerisches Staatministerium für Wissenschaft und Kunst
 

Thematik

"Gesundheit messen" ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt der Schwerpunkte "Sensorik und Analytik" und "Gesundheit analysieren und fördern". Eingebunden ist auch der Bereich Versicherungswirtschaft der Hochschule Coburg. Die entwickelten Programme und Technologien sollen mit Industriepartnern aus der Wirtschaft sowie dem Gesundheits- und Sozialwesen getestet werden. Im Mittelpunkt der Forschung steht das Thema Dehydration.

Vor allem ältere Menschen trinken zu wenig. Trocknet der Körper aus, kann das zu enormen gesundheitlichen Schwierigkeiten bis hin zum Tod führen. Im Projekt „Gesundheit messen“ werden Konzepte entwickelt, die verhindern, dass ältere Menschen zu wenig trinken. Mithilfe von Sensoren wird die Wirksamkeit dieser Maßnahmen überprüft. Dies erfolgt im Rahmen von drei kooperativen Promotionen mit unterschiedlichen Schwerpunkten.

Schwerpunkt Bioanalytik

Leitung: Prof. Dr. Stefan Kalkhof und Prof. Dr. Janosch Hildebrand
Institut für Bioanalytik

Bestimmte Marker im Körper geben Auskunft über eine akute Dehydration. Im Projekt sollen neue biochemische und molekularbiologische Marker u.a. anhand von Blut- und Urinproben ermittelt und erforscht werden. Dadurch wird eine Stratifizierung von Bevölkerungsgruppen für die Gesundheitsförderung möglich. Geeignete Präventionsmaßnahmen sollen identifiziert und Interventionserfolge messbar gemacht werden.

Schwerpunkt Gesundheitsförderung

Leitung: Prof. Dr. Holger Hassel
Institut für angewandte Gesundheitswissenschaften

Gemeinsam mit den Zielgruppen und Praxispartnern im Bereich Soziales und Pflege sollen nachhaltige Strategien erprobt werden, wie eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr erreicht und Dehydration vorgebeugt werden kann. Dabei steht die Bedarfsermittlung sowohl zum Selbst-Monitoring als auch zur Evaluation für Multiplikatoren im Fokus. Die Herausforderung ist, praxistaugliche und verlässliche Messinstrumente und -verfahren zu etablieren, die sowohl von den sehr heterogenen Adressaten selbst, als auch von Multiplikatoren im stationären Pflegebereich genutzt werden können.

Schwerpunkt Sensorik

Leitung: Prof. Dr. Klaus Stefan Drese
Institut für Sensor- und Aktortechnik

Wie geeignet sind nicht-invasive Sensoren bei der Überwachung des menschlichen Flüssigkeitshaushalts? Um dies herauszufinden, muss eine Multiparameter-Sensorik identifiziert werden, die den Hydrationszustand zuverlässig feststellt, aber auch ausreichend robust gegenüber Störgrößen ist und sich außerdem für den mobilen Einsatz eignet. Um den Dehydrationsgrad zuverlässig zu erfassen, sollen erstmals drei Messprinzipien miteinander kombiniert werden. Mithilfe der mikroakustische Sensorik werden die mechanische Eigenschaften der Haut erfasst; die elektrische Sensorik misst die dielektrischen Gewebeeigenschaften; Beide werden kombiniert mit einem optischen Verfahren zur Messung von spektralen Absorptionsbanden, die ebenfalls auf den Wassergehalt des Gewebes rückschließen lassen.

Innovationsterminal für Unternehmen

Titel:
Innovationsterminal für Unternehmen in der ehemaligen nordbayerischen Grenzregion (InnoTerm)
Projektleiterin:
Projektzeitraum:
01.01.2016 - 31.12.2021
Mittelgeber:
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
 

Thematik

Sensoren und Aktoren verbinden die analoge mit der digitalen Welt; mit der zunehmenden Digitalisierung wachsen die Bedeutung und der Bedarf an derartigen Schnittstellen-Komponenten sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht.

Im Rahmen des Projekts „lnnoterm" sollen bestehende Forschungs- und Entwicklungspartnerschaften mit kleinen und mittleren Unternehmen in der ehemaligen nordbayerischen Grenzregion (Oberfranken und nördliches Unterfranken) vertieft und weitere begründet werden. Mit diesem Technologietransfer kann Wachstum und Beschäftigung in der Zielregion gefördert werden. Neuartige Verfahren, die das Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) erforscht, werden in vermarktungsfähige Anwendungen überführt.

Folgende Themen bieten sich für einen Technologietransfer an: Berührungssensitive Gegenstände, Oberflächenbeschichtung und -Charakterisierung, mikrostrukturierte optische Wellenleiter-Chips, Aktivierung von Grenzschicht-Prozessen.

Berührungslose Materialprüfung

Titel:
Miniaturisierung eines Optischen Oberflächenwellen Spektrometer für berührungslose Materialprüfung (mOOS)
Kompetenzfeld:
Mikrooptische Sensorik, Mikroakustische Sensorik, Materialprüfung
Projektleiterin:
Projektzeitraum:
01.01.2018 - 31.12.2020
Mittelgeber:
Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst
 

Thematik

Industrielle Fertigungsprozesse gewinnen an Qualität und Effizienz, wenn Fehler frühzeitig erkannt werden. In vielen Industriezweigen ist es wichtig, Werkstoffeigenschaften andauernd und bereits im Verlauf der Fertigung zu bestimmen. Wissenschaftler*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg haben ein laserakustisches Messsystem entwickelt, das oberflächennahe Materialeigenschaften zerstörungsfrei und berührungslos messen kann.

Bei diesem optischen Oberflächenwellen-Spektrometer werden akustische Oberflächenwellen über einen gepulsten Laser auf Materialoberflächen angeregt. Die Detektion der Oberflächenwellen erfolgt ebenfalls berührungsfrei über ein Interferometer, das auf Zweistrahlmischung in einem photorefraktivem Kristall beruht. Wegen der Vielzahl der einzelnen optischen Komponenten und des hohen Justieraufwands der Bauteile zueinander, ist der aktuelle Aufbau allerdings empfindlich gegenüber mechanischer und thermischer Belastung. Für den Betrieb des Messsystems im industriellen Umfeld sind deshalb weitere Entwicklungen erforderlich.

Ziel des Projekts mOOS ist, das Messsystem als kompaktes, mechanisch stabiles mikrooptisches System aufzubauen und seine Tauglichkeit für den industriellen Einsatz zu demonstrieren. Der Ansatz basiert auf einer neuartigen Kombination von akustischen Oberflächenwellen, planar integrierten optischen Wellenleitern, Faseroptik und mikromechanischer Aufbau- und Verbindungstechnik. Das Messsystem soll eine breite industrielle Anwendung finden.

Intelligent vernetzte Lösungen für Stadt und Landwirtschaft

Titel:
Bayerischer Forschungsverbund FutureIOT – Intelligent vernetzte Lösungen für Stadt und Landwirtschaft
Kompetenzfeld:
IT, Sensorik
Projektzeitraum:
01.02.2018 - 31.02.2021
Mittelgeber:
Bayerische Forschungsstiftung
 

Thematik

Gemeinsame Zielsetzung des Forschungsverbundes FutureIOT ist es, Spitzenforschung in den Schwerpunktbereichen Kommunikation, Sensorik, Lokalisierung, Datensicherheit und IoT-Plattformen für ein zukunftsfähiges Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) durchzuführen.

Im Teilprojekt Umweltsensorik wird untersucht, wie über ein Gelände oder eine Region verteilte Sensoren mittels Niedrigenergie-Weitverkehrsnetze (LPWAN) angebunden werden können.

Dazu werden verschiedene Anwendungsfälle realisiert:

  • Luftqualitäts­messungen in Städten
    Mehrere mobile Sensormodule werden auf Stadtbussen montiert. Die Änderungen der Luftqualität soll auch quantitativ auf die Fahrgastzahlen umgerechnet werden.
  • Stationäre Messpunkte auf einem Großgelände (Flughafen, Messegelände, Schwimmbad)
    Die vielfältigen Störeinflüsse in solchen Umgebungen sowie die Anforderung einer möglichst kostengünstigen Nachrüstung bestehender analoger Systeme sind hierbei die wesentlichen Problemstellungen.
  • Überwachung der Funktionsfähigkeit von Straßenlaternen

Für alle diese Anwendungsfälle ist es nötig, die erhobenen Daten in einer IoT-Plattform als zentrale Komponente zu sammeln. Dabei wird ein weitgehend automatisiertes Gerätemanagement erforscht, sowie die Vorverarbeitung von Daten im Sinne des Fog-Computing-Paradigmas. Außerdem sollen generische bzw. selbstadaptive Benutzerschnittstellen (Dashboards etc.) und ein nutzerfreundliches Schlüsselmanagement für notwendige kryptographische Schlüssel zur Etablierung von Informationssicherheit entwickelt werden.

In-line Galvanikautomat für High-Speed-Funktionalisierung metallischer Bauteile

Titel:
In-line Galvanikautomat für High-Speed-Funktionalisierung metallischer Bauteile in der Industrie 4.0 (InlinePlat) - Teilprojekt "Beeinflussung des Transports reaktiver Spezies im elektrochemischen Beschichtungsprozess mittels Oberflächenwellen"
Kompetenzfeld:
Elektrochemie, Akustik, Aktorik
Projektzeitraum:
01.01.2018 - 31.12.2019
Projektpartner:
eiffo eG, LUDY Galvanosysteme GmbH, plating electronic GmbH, AIRTEC MUEKU GmbH, IWAC Automation GmbH, Frauenhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, CHEMOPUR H. Brand GmbH, Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH & Co. KG
Mittelgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Thematik

Beim Galvanisieren werden Objekte mit einer dünnen Schicht aus Metall überzogen. Um Produktionszeiten sowie die damit verbundenen Kosten in zahlreichen Produktionsprozessen senken zu können, wird im Verbundprojekt InlinePlat ein modulares vollautomatisches Hochgeschwindigkeits-Galvanisierelement entwickelt. Es soll flexibel in die mechanische Produktionslinie integriert werden können. Mit der Übertragung fortschrittlicher Automations-, Prozesssteuerungs- und IT-Lösungen auf die elektrochemische Prozesstechnik wird die Realisierung eines Industrie 4.0 kompatiblen Fertigungskonzepts angestrebt.

Das Institut für Sensor- und Aktortechnik erarbeitet in einem Teilprojekt ein neuartiges Verfahren zur elektrochemischen Schichtabscheidung. Mithilfe von akustisch induzierter Wirbelströmungen an der Grenzfläche Elektrode-Elektrolyt soll die galvanische Abscheidung auf metallischen Werkstücken beschleunigt werden. Hier bildet sich während des elektrochemischen Prozesses eine Hemmschicht, welche den Transport der Ladungsträger begrenzt. Die akustischen Strömungen werden unmittelbar in dieser Hemmschicht erzeugt. So erfolgt eine gezielte Durchmischung der elektrochemischen Grenzschicht, wodurch die Stromdichte erhöht und der galvanische Abscheideprozess beschleunigt wird. Eine Kombination der akustischen Technologie mit Pulse-Plating-Verfahren verspricht eine weitere Prozessbeschleunigung.

Industrielle Herstellung von planar integrierten Multimode-Lichtwellenleitern

Titel:
Verfahrensentwicklung zur industriellen Herstellung von planar integrierten Multimode-Lichtwellenleitern in Glas für asymmetrische Verzweiger (AsyMode)
Kompetenzfeld:
Mikrooptische Sensorik
Projektleiterin:
Projektzeitraum:
01.07.2016 - 30.06.2019
Mittelgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Thematik

Daten sind in unserer Informationsgesellschaft ein wichtiger Rohstoff. Sie müssen rasch transportiert und effizient verteilt werden. Der Datentransport läuft heute sowohl im Telekommunikationsbereich (auf Langstrecken) als auch in Unternehmensnetzwerken (auf Kurzstrecken) weitgehend über Glasfasern. Bei der Übertragung der Daten gibt es aber Unterschiede: Die Telekommunikation braucht Singlemode-Fasern und entsprechende Singlemode-Verteiler, die Daten mit hohen Taktraten über lange Entfernungen übertragen. In den kürzeren Unternehmensnetzen werden sogenannte Multimode-Fasern und -Verteiler eingesetzt, die leichter zu handhaben sind, derzeit aber nur eine gleichmäßige (symmetrische) Teilung der Datenströme erlauben. Eine einfache Übertragung der Lösungen aus der Telekommunikation zum Erreichen einer ungleichmäßigen (asymmerischen) Verteilung in der Kurzstreckenkommunikation scheidet aus technischen Gründen aus.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, Multimode-Lichtwellenleiter zu entwickeln, die eine asymmetrische Datenverteilung ermöglichen und sich industriell herstellen lassen. Dazu ist zum einen Grundlagenforschung erforderlich. So müssen physikalische Vorgänge simuliert werden und es sind vielfältige Experimente durchzuführen. Zum anderen sind geeignete Verfahren für die industrielle Produktion zu entwickeln.
Als Basis für die Untersuchungen wird mit dem Ionenaustausch in Glas eine Technologie gewählt, die die Möglichkeit bietet, mehrere Funktionselemente auf einem optischen Chip zu integrieren, um so zu sehr kompakten und robusten Bauformen zu gelangen. Am Ende des Projektes steht die Überführung der Ergebnisse in einen industrietauglichen Produktionsprozess.

Abgeschlossene Projekte

Nicht-invasiver Online-Sensor für die Biofilmdetektion

Titel:|Nicht-invasiver mikroakustischer Online-Sensor für die Biofilmdetektion (BioNiva)
Kompetenzfeld:| Mikroakustik
Projektleiter:| Prof. Dr. Maria Kufner
Projektzeitraum:|
01.07.2016 - 28.02.2018
Mittelgeber:
| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWi)

Thematik

Häufig bildet sich an der Wand  von flüssigkeitsgefüllten Bauteilen wie Rohren oder Schläuchen ein Biofilm. Dieser Film besteht aus Mikroorganismen wie Bakterien, die sich an der Fläche anheften und allmählich eine Schleimschicht bilden. Der Biofilm setzt Keime frei, die gesundheitsschädlich für den Menschen sind.
Auch für die produzierende Industrie ist der Biofilm ein Problem. Er verändert die Querschnittsfläche von Rohren, erhöht die Reibung und den hydraulischen Widerstand oder verstopft das Rohr völlig. Die Funktion von Pumpen, Ventilen und Sensoren wird durch den gebildeten Film ebenfalls beeinträchtigt. Die Mikroorganismen im Biofilm können zudem das Material, mit dem sie in Kontakt kommen, irreversibel schädigen. Biofilme können überall auftreten. Der Bedarf an einer passenden Sensorik zur rechtzeitigen Erkennung ist daher groß. Aktuell auf dem Markt verfügbare Sensoren arbeiten zumeist invasiv. Sie erfordern komplizierte Ein- und Umbauten.
Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines nicht-invasiven, von außen anbringbaren Sensors. Der „BioNiva-Sensor“ misst den Biofilm in Rohren, Schläuchen oder Behältern. Die im ISAT bereits vorhandene und patentierte Technologie zur Biofilmdetektion ist Ausgangspunkt des Projekts. Davon ausgehend wird die Sensorik in Richtung Produktreife weiterentwickelt.

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