Auf Quantentechnologie basierend hat Qant einen Partikelsensor entwickelt, der aktuell nahe der Serienreife ist. Der Quantensensor soll mehr Daten und tiefgehende Informationen liefern, sodass neue Anwendungen in der Halbleiterindustrie, der Chemieindustrie oder im Maschinen- und Anlagenbau entstehen. Derartige Partikelsensoren sollen Messungen von Partikeln in Gasen, Flüssigkeiten oder Pulvern ermöglichen, die mit heutiger konventioneller Messtechnologie sonst unmöglich wären.
„Die Idee hinter all unseren Produkten ist es, Licht als Informationsträger für Quanten-Bits, sogenannte Qubits, zu verwenden“, sagt Dr. Michael Förtsch, CEO von Qant. Die Trumpf-Tochtergesellschaft startet all ihre Produktentwicklungen mit kontrollierter Lichterzeugung. Sie bildet quasi den Zugang zu Quantentechnologien. Förtsch erklärt: „Licht erlaubt die Erzeugung von sehr robusten Qubits und ermöglicht eine Informationsverarbeitung sogar bei Raumtemperatur. Dadurch ermöglichen wir den Einsatz von Quantentechnologien auch in Alltagsprodukten.“
Bild: Qant
Partikelsensoren mit Quantentechnologie
Technologisches Herzstück der Sensoren sind gezielt erzeugte Quanteneffekte in angeregtem Licht, mit deren Hilfe Mikropartikel in ein und derselben Messung auf ihre Größe, ihre Form und ihre Geschwindigkeit analysiert werden können. Basierend auf photonischer Quantentechnologie generieren die Partikelsensoren weit mehr Daten über die gemessenen Partikel als derzeit verfügbare Messmethoden. Neben der Erstellung standardisierter Partikelgrößenverteilungsdiagramme ermöglichen diese Daten eine KI-basierte Ermittlung zusätzlicher Partikelinformationen – etwa eine Klassifizierung nach Partikelform.
Bild: Qant
Zur Innovation des Qant-Partikelsensors erklärt Förtsch (weitere Details im kompletten Interview online): „Im Inneren des Sensors ist ein Laser verbaut. Mittels Laser Partikel zu messen, gab es ja schon. Was wir jetzt aber gemacht haben, ist folgendes: Wir haben diesem Laserlicht zusätzlich Superposition als Zustände aufgeprägt. Das heißt, wir haben den Laser über Quantenzustände angereichert. Fällt ein Partikel durch den Laserstrahl, sieht man nicht nur, wie groß dieser ist, man sieht auch, wie schnell er ist und in welche Richtung er durch den Laserstrahl geflogen ist. Das Entscheidende daran ist, dass wir anhand der Fülle an Informationen jetzt die Struktur, also die Shape des Partikels, identifizieren können. Das ist neuartig.“
„Happiness“ von Algen messen
Festo hat auf der Hannover Messe 2022 einen Algenreaktor vorgestellt, der mit Hilfe des Partikelsensors von Qant präzise und in Echtzeit Auskunft darüber gibt, wie die Zellen im Inneren der Anlage wachsen und wie teilfreudig sie sind. Die Algen werden dem Mikrofluidik-Chip im Sensor dafür automatisiert und kontinuierlich zugeleitet, also beispielsweise durch Pumpen zur präzisen Steuerung kleinster Flüssigkeitsmengen. Der Sensor ist in der Lage, einzelne Zellen optisch zu analysieren, sodass Festo die Menge der Biomasse exakt ermittelt kann. Zusätzlich untersucht er die Zellen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) auf ihre Vitalität. Durch die Quantensensorik in Kombination mit Steuerungs- und Automatisierungstechnik wird es möglich, vorausschauend auf Prozessereignisse – beispielsweise geringeres oder schlechtes Wachstum – zu reagieren und regelnd einzugreifen, um ein schnelleres und sicheres Wachstum der Algen zu ermöglichen oder gar einen Kollaps des Bioreaktors durch Algensterben zu verhindern. Festo schafft es so, in den Biorektor hineinzuzoomen, um zu verstehen, in welchem Lebenszyklus und Zustand sich die Algen befinden.
Bild: Festo
Idee und der Hintergrund des Bioreaktor-Projekts namens Photo Bionic Cell ist es, künftig lebende Materien als Basis für Biokunststoffe, Lebensmittel oder auch Treibstoffe wirtschaftlich und vor allem nachhaltig mittels unterschiedlicher Mikroalgen zu produzieren. Denn bereits bei ihrer natürlichen Photosynthese im Freien sind Mikroalgen äußerst effizient und binden bis zu zehnmal mehr Kohlendioxid als Landpflanzen. In Bioreaktoren mit entsprechender Sensorik, Regelungstechnik und Automatisierung sollen Algen sogar das Hundertfache an CO2 im Vergleich zu Landpflanzen binden. Der große Vorteil: „Im Gegensatz zu herkömmlichen Wertstoffen aus Rohöl wird nur das CO2 freigesetzt, das die Zelle vorher gebunden hat. Der Kreislauf ist damit im Gleichgewicht“, erklärt Dr. Nina Gaissert, Biotech-Expertin und Referent Portfolio Projects bei Festo.
Gemeinsam mit Sick hat Qant auf der Hannover Messe 2022 zuletzt einen Quantensensor präsentiert, der von Lebensmittelherstellern zur Qualitätsprüfung von Kaffee genutzt werden kann. Der Sensor misst Größe und Form der Körnung, die für die verschiedenen Geschmacksrichtungen des Kaffees eine entscheidende Rolle spielen. Mit Hilfe des Quantensensors sollen Kaffeehersteller beim industriellen Mahlen des Kaffees kontinuierlich die Körnung überprüfen können, um ihre gewünschten Qualitätsergebnisse zu erzielen.
