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pte20210325001 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Hightech-Muscheln warnen vor Gift im Wasser

Biologisch-elektronischer Sensor von Forschern der Carolina State University vermisst Schalen


Verkabelte Muschel als Schadstoffsensor (Foto: James Reynolds, ncsu.edu)
Verkabelte Muschel als Schadstoffsensor (Foto: James Reynolds, ncsu.edu)

Raleigh (pte001/25.03.2021/06:00) - Mit einem biologisch-elektronischen System wollen Forscher der North Carolina State University http://ncsu.edu in Raleigh ein Frühwarnsystem aufbauen, das Alarm schlägt, sobald in einem Gewässer Schadstoffe auftauchen. Auf der biologischen Seite sind Muscheln die Akteure. Diese sind auf einer Unterlage fixiert und filtern bei geöffneten Schalen Nährstoffe aus dem Wasser. Sobald Schadstoffe auftauchen, schließen sie zum Selbstschutz ihre Schalen.

Klappe dicht heißt Gefahr

Die Schnapp-Bewegung nutzt ein Sensorelement. Auf den beiden Schalen haben die Forscher eine elektronische Einheit befestigt, die ein Magnetometer und einen Beschleunigungssensor enthält. Es sind preiswerte Sensoren, die es im Elektronikfachnadel gibt. Sie zeichnen die Bewegungen der Schalen auf. Die Auswerteeinheit, die auf einem Pfahl in dem zu überwachenden Gewässer befestigt und per Kabel mit den Sensoren verbunden ist, erfasst so ein schnelles Schließen der Schalen. Wenn mehrere gleichzeitig die Klappe dichtmachen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Schadstoffe die Ursache sind.

Die gesamte Elektronik wird von einem Solarmodul, das mit einer Batterie gekoppelt ist, mit Strom versorgt. Eine Sendeeinheit übermittelt die Daten per Mobilfunk kontinuierlich an die Zentrale. Der Prototyp besteht aus vier verkabelten Muscheln. Man könne auch Dutzende dieser Schalentiere einbeziehen. Das Team um Jay Levine hat das System über 250 Stunden lang in einem Laborfischbecken getestet. Dabei haben die Forscher festgestellt, dass die Sensoren sehr genau sind. Sie erfassen den Winkel der Muschelschalenöffnung mit einer Genauigkeit von weniger als einem Grad. Man könne erkennen, ob diese geschlossen oder geöffnet ist.

"Internet der Muscheln"

"Wir wollen ein 'Internet der Muscheln' einrichten und ihr individuelles und kollektives Verhalten überwachen. Das wird es uns letztendlich ermöglichen, sie als Umgebungssensoren oder Wachposten einzusetzen", unterstreichen die Wissenschaftler. Levine vergleicht das System mit Kanarienvögeln, die früher in Bergwerken vor Kohlenmonoxid "warnten". Sie fielen schon bei geringen Konzentrationen tot von ihrer Sitzstange. Die Muscheln dagegen überleben.

(Ende)
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