Spektralanalyse

Smartphone-App entlarvt Pestizide im Apfel

08.02.2017 11:26

Die Äpfel sind mit "Bio" etikettiert - doch ob sie wirklich ungespritzt sind, weiß der Kunde nicht. Abhilfe verspricht eine Smartphone-App des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg: Mit ihrer Hilfe sollen Verbraucher künftig unter anderem überprüfen können, ob der Apfel Rückstände von Pestiziden enthält.

Üblicherweise braucht man für solche Messungen eine spezielle Hyperspektralkamera: Sie justiert jeweils auf verschiedenfarbiges Licht und ermittelt, wie viel Licht dieser Farbe das Objekt zurückwirft. So erstellt sie einen gesamten spektralen Fingerabdruck des Gegenstands, aus dem die Forscher dann über ein mathematisches Modell beinahe beliebige Informationen über das Objekt extrahieren können - etwa die Inhaltstoffe.

"Da im Smartphone keine Hyperspektralkamera integriert ist, haben wir dieses Prinzip einfach umgedreht", erläutert Professor Udo Seiffert vom IFF die Funktionsweise der "HawkSpex mobile" genannten Smartphone-App. "Wir haben mit der Kamera einen breitbandigen dreikanaligen Sensor - also einen, der alle Wellenlängen misst - und beleuchten den Gegenstand mit Licht unterschiedlicher Farbe."

Das heißt: Nicht die Kamera misst die Lichtintensität in den verschiedenen Farben, sondern das Display beleuchtet das Objekt nacheinander in Sekundenbruchteilen in einer Reihe von unterschiedlichen Farben. Wirft das Display also nur rotes Licht auf das Objekt, kann das Objekt auch nur rotes Licht reflektieren - und die Kamera nur rotes Licht messen.

Intelligente Auswertealgorithmen sorgen dafür, dass die App mit der begrenzten Rechenleistung eines Smartphones auskommt und die eingeschränkten Leistungen von Kamera und Display kompensiert.

App soll Ende des Jahres auf den Markt kommen
Die erste Laborversion der auch zum Patent angemeldeten App ist fertig. Bevor sie jedoch für den privaten Nutzer veröffentlicht werden kann, müssen die Forscher einer Mitteilung des Instituts zufolge erst verschiedene Anwendungen entwickeln. Denn um analysieren zu können, ob sich Pestizide im Apfel befinden, müsse das System zunächst über Vergleichsmessungen angelernt werden. Etwa Ende 2017, hofft Seiffert, könnte die App auf den Markt kommen.

Vergleichsmessungen sind allerdings nicht immer nötig. Denn bei einigen Fragen geht es nicht um die Angabe einzelner Inhaltstoffe, sondern nur um die Messung unterschiedlicher Verteilungen von Stoffen oder Materialien. Etwa beim Autokauf: Hier könnte die App vergleichen, ob der Lack an allen Stellen exakt die gleiche Farbe hat - oder ob nachlackiert wurde.

App vielfältig einsetzbar
"Es sind so zahlreiche Einsatzbereiche denkbar, dass der Markt uns sicherlich überrennen wird", ist sich Seiffert sicher. Daher setzen die Forscher auf einen Ansatz, der dem Online-Lexikon Wikipedia nachempfunden ist. "Wenn die App Ende 2017 auf den Markt kommt, können engagierte Nutzer zum großen Ganzen beitragen und neue Anwendungen kreieren, zum Beispiel die Beurteilung der Belastung von Salatköpfen mit Pflanzenschutzmitteln, indem sie das System für eine solche Fragestellung anlernen."

So sollen Nutzer etwa behandelte und unbehandelte Salatköpfe verschiedener Sorten mit der App vermessen und die Daten an das Institut schicken, wo Forscher die Messungen dann prüfen und die Anwendung gegebenenfalls für alle Nutzer freischalten.

Verwendung finden könnten die App laut Seiffert auch im kommerziellen Bereich, beispielweise bei der Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, der Wirksamkeit von Kosmetikprodukten oder auch die Landwirtschaft. Landwirte könnten demnach etwa per App ermitteln, ob ihre Pflanzen ausreichend mit Nährstoffen versorgt sind oder besser gedüngt werden sollten.