3D-geprinte slimme dop meet of voedsel bedorven is

Onderzoekers van de Universiteit van Berkeley hebben in samenwerking met hun Taiwanese collega’s van de National Chiao Tung University slimme sensoren 3D-geprint die in staat zijn om te detecteren over er bederf plaatsvindt in voedingswaren.

Geleidende elektrische componenten 3D-printen is een gebied waar al langer aan gewerkt wordt. Hier zijn heel veel potentiële toepassingen voor te verzinnen. Op termijn zal het leiden tot het 3D-printen van elektrische apparaten met machines die een verscheidenheid aan materialen en technieken combineren. Zover zijn we nu uiteraard nog niet, maar het onderzoek van Berkeley brengt ons wel weer een stap dichterbij de mogelijkheid voor consumenten om thuis hun eigen apparaten te kunnen printen.

In dit specifieke geval gaat het nog niet om apparaten, maar om draadloze sensoren. De onderzoekers van UC Berkeley hebben een scala aan 3D-geprinte elektrische componenten gemaakt, waaronder elektrische weerstandjes, een inductor, condensator en een geïntegreerd inductor-condensatorsysteem (zie afbeelding). Op de voorgrond zie je de verschillende vormen die gemaakt kunnen worden met de 3D-printer.

Polymeren zijn dankbare materialen in de 3D-printwereld omdat ze in de meest uiteenlopende vormen te printen zijn. Ze geleiden echter slecht en zijn dus geen goede kandidaten voor elektronische apparaten. Om dat te omzeilen, begonnen de onderzoekers met het bouwen van een systeem met polymeren en was. Vervolgens haalden ze de was weg waardoor er holle buisjes achterbleven waar ze vloeibaar metaal (in hun experimenten gebruikten ze zilver) injecteerden en dan lieten stollen.

De vorm en het ontwerp van het metaal bepaalden de functie van de verschillende elektrische componenten. Dunne draadjes werkten bijvoorbeeld als weerstandjes en platte plaatjes werden condensatoren. Maar de vraag bleef of de stukjes metaal ook daadwerkelijk een functie zouden kunnen hebben.

Om die vraag te beantwoorden, integreerden de onderzoekers de elektrische componenten in een plastic melkpakdop om te meten of er tekenen van bederf waren. De slimme dop werd uitgerust met een condensator en een inductor om een resonant circuit te vormen. Door een pak melk even om te draaien, kwam er wat melk in de condensator. Vervolgens lieten ze het hele pak open staan op kamertemperatuur voor 36 uur. Het circuit kon de veranderingen in elektrische signalen meten die gepaard gaan met de toename aan bacteriën. De onderzoekers maten elke 12 uur de veranderingen met een draadloze radiofrequentie sonde. De eigenschappen van de melk veranderen langzaam terwijl de kwaliteit achteruit gaat wat gepaard gaat met variaties in haar elektrische eigenschappen.

Deze veranderingen werden draadloos gemeten door de slimme dop die ontdekte dat de hoogste vibratiefrequentie van de melk op kamertemperatuur na 36 uur met 4,3 procent daalde. Melk die in de koelkast bewaard werd daalde met maar 0,12 procent in dezelfde periode.

Uiteindelijk kan deze technologie leiden tot slimme en goedkope elektronische circuits die toegevoegd kunnen worden aan voedselverpakkingen waarmee consumenten via hun smartphone de versheid kunnen checken.