Ein biologisch abbaubarer intelligenter Sensor zur Überwachung empfindlicher Güter
25.03.2026
© CSEM - Am CSEM entwickelter Chipless-Etikettleser (kurze und lange Reichweite): ein tragbares Gerät zur Visualisierung der gemessenen Parameter, Leser mit integrierter Antenne und Chipless-Tags mit kurzer Reichweite.
Forschende von der Empa, der EPFL und CSEM haben eine smarte und «grüne» Sensoretikette entwickelt, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Echtzeit misst – und auch erkennen kann, ob eine Temperaturschwelle überschritten wurde. Damit können in Zukunft empfindliche Lieferungen wie etwa Medikamente oder Lebensmittel überwacht werden. Die elektronische Etikette selbst ist dabei komplett bioabbaubar. Die vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und Innosuisse im Rahmen des BRIDGE Discovery-Programms finanzierte elektronische Etikette ist die erste ihrer Art, die komplett abbaubar ist.
Nachhaltige Stromkreise mit Gedächtnis
Um seine Aufgabe zu erfüllen, benötigt das Etikett weder eine Batterie noch einen Siliziumchip-Sender. Vielmehr basiert sie auf einem drahtlosen elektrischen Resonator aus hochleitfähigen und stabilen Zinkspuren, die durch ein natürliches Wachs geschützt sind. Wenn diese Stromkreise einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt werden, beispielsweise von einem drahtlosen Etikettenleser, entsteht eine Resonanz, die das Lesegerät entschlüsseln kann. Wird die Schwellentemperatur überschritten, schmilzt ein festes biobasiertes Öl über dem Schaltkreis und verändert diese Resonanz. Beim nächsten Ablesen zeigt die Etikette an: Diese Sendung war einmal zu warm.
Je nach Art des verwendeten Öls können verschiedene Temperaturschwellenwerte eingestellt werden, darunter gefrorenes Oliven-, Jojoba- und Kokosnussöl, die bei unterschiedlichen Temperaturen schmelzen und irreversible Resonanzfrequenzverschiebungen auslösen. Nach dem Schmelzen wird das Öl von einem darunter liegenden Zellulosematerial absorbiert, wodurch das Etikett bei unterschiedlichen Neigungswinkeln zuverlässig funktioniert.
Das Team des Soft Transducers Laboratory (LMTS) der EPFL fertigte den Sensor auf einem Verbundsubstrat aus Biopolymer- und Zellulosefasern, das an der Empa entwickelt wurde, basierend auf einem Design und einer Auslesetechnologie, die von CSEM designt wurden. Das Betriebssystem umfasst ein speziell entwickeltes Lesegerät und eine Software, die in der Lage ist, chipless RFID-Tags zu erkennen und zu klassifizieren. „Wir haben die Hauptkomponentenanalyse (PCA) verwendet, um Tags anhand ihrer Resonanzfrequenzantworten zu kategorisieren, und eine spezielle Software zur Verwaltung numerischer Identifikatoren“, erklärt Oleksandr Vorobyov, EM- und Antennenexperte am CSEM.
Vorgestellt in Nature Communications
Das GREENsPACK-Team ist Mitautor einer Veröffentlichung, in der das Gerät beschrieben wird und die kürzlich im Fachjournal Nature Communications erschienen ist. Darüber hinaus arbeitet das LMTS-Team an der Kommerzialisierung dieser Erkenntnisse bei Circelec, einem Start-up-Unternehmen für recycelbare und biologisch abbaubare Elektronik, das aus der EPFL hervorgegangen ist.
„Diese Arbeit stellt eine grüne Technologieplattform zur Herstellung von Leiterplatten dar, um Elektronikschrott zu reduzieren, der ein grosses Umweltproblem darstellt: Im Jahr 2022 wurden weltweit 62 Megatonnen Elektronikschrott produziert – das entspricht 16 Eiffeltürmen pro Tag –, von denen nur 22 % ordnungsgemäss recycelt wurden“, erklärt Danick Briand von LMTS.
Weiterführende Informationen
> Artikel in Nature Communications (auf Englisch)
J Bourely, N Fumeaux, X Aeby, J Kim, G Siqueira, C Beyer, D Schmid, O Vorobyov, G Nyström, D Briand: Ecoresorbable chipless temperature-responsive tag made from biodegradable materials for sustainable IoT; Nature Communications (2025)
> Das GREENsPACK projekt auf dem SNF Portal (Schweizerischer Nationalfonds)
Quelle: CSEM
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