Forskere har opfundet et kredsløb, der gør det muligt at teste, om fødevarer inde i emballagen stadig er sikre at spise. Denne udvikling bør drastisk reducere mængden af spiselige fødevarer, der spildes hver dag.
Millioner af tonsvis af mad smides hvert år, fordi den 'bedste før' dato er gået. Men denne dato er altid et forsigtigt skøn, hvilket betyder, at en masse spiselig mad bliver smidt væk. Ville det ikke være praktisk, hvis emballagen kunne "teste", om indholdet stadig er sikkert at spise? Forskere ved Eindhoven University of Technology, Universitá di Catania, CEA-Liten og STMicroelectronics har opfundet et kredsløb, der gør dette muligt: en plastisk analog – digital konverter. Denne udvikling bringer plastsensorkredsløb, der koster mindre end en euro cent inden for rækkevidde. Ud over fødevarer har disse ultra-lave priser plastik kredsløb adskillige potentielle anvendelser, herunder medicinalvarer. Opfindelsen blev præsenteret i sidste uge på ISSCC i San Francisco, verdens vigtigste konference om faststofkredsløb.
Billedkredit: Shutterstock / Pavel Ilyukhin
Forbrugere og virksomheder i udviklede lande smider omkring 100 kg mad pr. Person (*), hovedsageligt fordi den 'bedste før' dato på emballagen er gået. Dette affald er dårligt for forbrugernes budgetter og for miljøet. Meget af dette spild skyldes vanskeligheden ved at estimere, hvor længe mad vil forblive anvendelig. For at minimere risikoen for at sælge forkælet mad til forbrugerne viser producenterne en relativt kort holdbarhed på deres emballage.
Mindre end en cent
For at bekæmpe madaffald kan producenterne medtage et elektronisk sensorkredsløb i deres emballage for at overvåge fødevarens surhedsgrad, f.eks. Sensorkredsløbet kunne læses med en scanner eller med din mobiltelefon for at vise friskheden af din bøf, eller om din frosne mad blev afrimet. Forsker Eugenio Cantatore ved Eindhoven University of Technology (TU / e): ”I princippet er det alt allerede muligt ved brug af standard silicium-IC'er. Det eneste problem er, at de er for dyre. De koster let ti cent. Og omkostningerne er for meget for en pose med en euro. Vi udvikler nu elektroniske enheder, der er fremstillet af plast snarere end silicium. Fordelen er, at du nemt kan inkludere disse plastsensorer i plastemballage. ”Den plastiske halvleder kan endda være udformet på alle slags fleksible overflader, hvilket gør det billigere at bruge. Og det gør sensorkredsløb, der koster mindre end en eurocent, opnåelige.
Den plastiske analoge til digitale konverter (ADC). Den viste ADC er stadig relativt stor, i sin endelige form vil den være mindre. Foto: Bart van Overbeeke.
Den allerførste redigerede ADC
Det er lykkedes med forskerne at fremstille to forskellige plastiske ADC'er (analoge til digitale konvertere). Hver konverterer analoge signaler, såsom udgangsværdien målt af en sensor, til digital form. En af disse nye enheder er den allerførste ADC, der nogensinde er lavet. ”Dette baner vejen mod sensorer i store områder på plastfilm på en omkostningseffektiv måde ved at fremstille fremstillingsmetoder”, siger Isabelle Chartier, udvikler af Electronics Business hos CEA-Liten. ISSCC vurderede papirerne om disse opfindelser som højdepunkter på konferencen.
Manglende link
De nye plastiske ADC'er bringer applikationer inden for fødevare- og farmaceutiske industrier inden for rækkevidde. Et sensorkredsløb består af fire komponenter: sensoren, en forstærker, en ADC til digitalisering af signalet og en radiosender, der sender signalet til en basisstation. Den plastiske ADC har været det manglende link; de andre tre komponenter findes allerede. ”Nu hvor vi har alle brikkerne, har vi brug for integrationen,” siger Cantatore. Han forventer, at det stadig vil tage mindst fem år, før vi kan forvente at se de nye enheder i supermarkedshylder. Andre potentielle anvendelser er inden for farmaceutiske produkter, grænseflader mellem mennesker og i omgivende intelligenssystemer i bygninger eller i transport.
Kompleks matematik
At gøre denne udvikling var ingen let opgave. De elektriske egenskaber ved 'almindelige transistorer' er meget forudsigelige, mens de af plasttransistorer varierer meget. ”Alle plasttransistorer opfører sig forskelligt i lave omkostningsprocesser ved lave temperaturer,” forklarer Cantatore. ”Det gør det meget vanskeligere at bruge dem på enheder. Du har brug for komplekse matematiske modeller for at kunne forudsige deres opførsel nøjagtigt. ”
Det edC ADC-kredsløb tilbyder en opløsning på fire bit og har en hastighed på to hertz. Kredsløbene udført af CEA-Liten inkluderer mere end 100 n- og p-type transistorer og et modstandsniveau på gennemsigtige plastsubstrater. Bæremobiliteten af ed-transistorer er over det amorfe silicium, der i vid udstrækning anvendes i displayindustrien.
Via Eindhoven University