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Dresdner Forscher testen den Pizza-Belag

Mit einer intelligenten Art des Sehens schafft das Fraunhofer IWS in Dresden ganz neue Einblicke.

Bessere Spezialfolien sollen Oled oder Solarzellen gegen Luftfeuchtigkeit schützen. Ein neues Verfahren findet selbst kleinste Defekte in ihnen.
Die Methode könnte auch ganz anderen Branchen dienen.
Bessere Spezialfolien sollen Oled oder Solarzellen gegen Luftfeuchtigkeit schützen. Ein neues Verfahren findet selbst kleinste Defekte in ihnen. Die Methode könnte auch ganz anderen Branchen dienen. © Fraunhofer IWS/Ronald Bonß

Organische Elektronik macht schon heute das Leben bunter. Sie sorgt für satte Farben in modernen Fernsehgeräten, ermöglicht schicke Designer-Lampen und steckt in Smartphones. Sie verbraucht dabei nur wenig Strom, ist hauchdünn und oft sogar durchsichtig und biegsam.

Eine wichtige Rolle bei ihrer Herstellung spielt die Material- und Oberflächeninspektion. Denn diese Durchlässigkeit bestimmt maßgeblich die Lebensdauer von organischen Leuchtdioden, sogenannten Oleds, oder Solarzellen. Das Dresdner Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS hat dafür nun eine neuartige Messmethode entwickelt. Sie erkennt selbst kleinste Defekte – viel schneller als bisher.

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Geschützt werden Oleds durch spezielle Folien. Die sollen sie gegen Luftfeuchtigkeit und andere schädliche Umwelteinflüsse schützen. Mit der Neuentwicklung aus Dresden kann die Qualität dieser Barrierefolien künftig schon während der Produktion überprüft werden. Bislang dauern solche Analysen mehrere Wochen. Mit dem neuen System und künstlicher Intelligenz geht es jetzt deutlich schneller. Aus Wochen werden Stunden.

Wasserdampf muss draußen bleiben

„Barrierefolien gibt es zum Beispiel in der Lebensmittel- und Pharmabranche schon lange“, erklärt Wulf Grählert vom Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM, einer Außenstelle des Fraunhofer IWS. Wurst, Kaffee oder Käse schützen sie gegen Feuchtigkeit, Bakterien oder Aromaverlust. Lebensmittelfolien dürfen binnen eines Tages höchstens zehn Gramm Wasserdampf pro Quadratmeter passieren lassen.

Oleds benötigen jedoch Barrierefolien, die allenfalls wenige Mikrogramm davon pro Tag durchlassen. Bislang dauern Messungen der Wasserdampfdurchlässigkeit einige Wochen. Die Wissenschaftler verkürzen die Inspektionszeit für Barrierefolien in der organischen Elektronik auf lediglich zwei bis drei Stunden.

Die Chance auf einen neuen Lösungsansatz eröffnete das EU-Projekt OledSolar. Insgesamt 16 Institute und Technologieunternehmen aus ganz Europa wollen bis zum Frühjahr 2022 fortgeschrittene Fertigungs- und Inspektionsmethoden für die Industrialisierung der organischen Elektronik entwickeln. Mit seinem Projekt verfolgt das Fraunhofer IWS einen neuen Ansatz. Es wird nicht mehr der Wasserdampf gemessen, der die Barriere durchdringt, sondern allein die Folie, die diese Durchlässigkeit maßgeblich bestimmt.

In zweieinhalbjähriger Arbeit haben Wissenschaftler und Techniker beim Projektpartner Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP mehr als 100 Barrierefolienmuster im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt. Deren Wasserdampfdurchlässigkeit wurde am Fraunhofer IWS später mit der entwickelten Technologie hochpräzise gemessen. Doch die Wissenschaftler wollten noch genauer hinschauen. Möglich macht das das Hyperspectral Imaging, eine neue Analysetechnik, die auf Spektroskopie basiert.

KI hilft bei der Fehlersuche

Diese Verarbeitung optischer Rohdaten zu Informationen ähnelt dem menschlichen Sehen. Das Gehirn erhält Farbrohdaten wie Rot, Grün und Blau von den Augen. Dank lebenslang trainierter Erfahrungswerte kann es die Daten deuten, und der Mensch erkennt die Welt. Beim hyperspektralen Sehen werden allerdings riesige Berge an Daten gewonnen. Um sie zu analysieren, braucht es Algorithmen, die durch künstliche Intelligenz Muster erkennen und Vorhersagen treffen. Es entstehen Modelle. Durch sie kann noch schneller ermittelt werden, ob die Folien Defekte aufweisen.

Ziel ist eine Echtzeit-Qualitätskontrolle während der Produktion, aber auch in der Eingangskontrolle in den sich anschließenden Prozessen. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten sieht Wulf Grählert auch jenseits der organischen Elektronik, zum Beispiel in der Elektronik- und Halbleiterindustrie, in der Pharmazie oder im Lebensmittelsektor. „Mit Tiefkühlpizzen haben wir das System auch schon getestet“, verrät er. Möglich sei damit eine automatische Kontrolle, ob genug Schinken, Champignons und Käse auf der Pizza liegen oder Fremdkörper dazwischen gelandet sind.

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