Nieuwe plastic elektronica kan wereldwijde voedselverspilling sterk terugbrengen

Miljoenen tonnen voedsel worden jaarlijks weggegooid omdat het 'over de datum' is. Maar de datum op de verpakking is altijd een voorzichtige schatting, waardoor veel voedsel dat nog goed is in de afvalcontainer belandt. Zou het daarom niet handig zijn als de verpakking 'proeft' of het eten nog goed is? Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e), Universitá di Catania (I), Commissariat à l'Energie Atomique (F) en het bedrijf ST Microelectronics presenteerden afgelopen week in de VS het technische sluitstuk dat dit mogelijk maakt - een plastic analoog-digitaal-converter. Daarmee wordt een plastic sensorschakeling van minder dan een eurocent haalbaar, wat een acceptabele prijsverhoging is voor bijvoorbeeld een zak chips of een stuk vlees. De ultragoedkope plastic elektronica heeft veel potentiële toepassingen,  bijvoorbeeld bij medicijnen.
In ontwikkelde landen wordt per persoon jaarlijks zo’n honderd kilo voedsel weggegooid (*), onder meer omdat de datum op de verpakking is overschreden. Dat is slecht voor de portemonnee en het milieu. De oorzaak is dat het moeilijk is in te schatten hoe lang eten goed gaat blijven. Fabrikanten geven daarom een korte houdbaarheidsperiode aan op de verpakking, zodat ze zo min mogelijk risico lopen dat klanten bedorven waar kopen.
De voedselverspilling kan worden tegengegaan door de verpakking te voorzien van een elektronische sensorschakeling die bijvoorbeeld de zuurgraad van het voedsel monitort. Met een scanner kun je dan de sensor uitlezen en zien of je biefstukje nog goed is, en hoe lang, of dat je diepvriesvoedsel ontdooid is geweest. Dr.ir. Eugenio Cantatore van de TU Eindhoven. “In principe kan dit al even, gewoon met standaard siliciumchips. Die zijn alleen te duur. Een eenvoudige siliciumchip kost al snel tien cent. Voor een zak chips van een euro is dat te veel. Wij ontwikkelen elektronische chips die niet van silicium zijn, maar van plastic. Dat heeft als voordeel dat je het direct in een plastic verpakking kunt aanbrengen.” De plastic halfgeleider kan zelfs worden geprint op allerlei flexibele oppervlakken. Daardoor is het goedkoper. Een sensorschakeling van minder dan een eurocent is haalbaar.
Onderzoekers zijn er nu in geslaagd om twee verschillende plastic ADC’s (analog-to-digital converters) te bouwen. Daarmee worden analoge signalen, zoals het meetsignaal van een sensor, omgezet in digitaal. Een ervan is de allereerste geprinte ADC ooit. De resultaten werden vorige week op de ISSCC in San Francisco, ‘s werelds belangrijkste conferentie over elektronische chips, gepresenteerd. De ISSCC-organisatie merkte de resultaten aan als hoogtepunt.
Met deze nieuwe plastic ADC’s komt toepassing in de levens- en geneesmiddelenbranche binnen bereik. Een sensorschakeling bestaat namelijk uit vier componenten: de sensor, een versterker, een ADC die het signaal digitaliseert en een radiozender die het signaal naar een basisstation zendt. De andere drie componenten bestaan al, alleen de plastic ADC ontbrak nog. De ADC is dus de laatste schakel in de ketting. Wat nu nog moet gebeuren is de integratie, vertelt Cantatore. Hij verwacht dat het nog minstens vijf jaar duurt voor we de nieuwe chips in de supermarkt tegen kunnen komen.
Makkelijk was de ontwikkeling overigens niet. De elektrische eigenschappen van ‘gewone transistors’ zijn zeer voorspelbaar; maar plastic transistors zijn zeer variabel. Cantatore. “Door de goedkope fabricageprocessen bij lage temperaturen is elke plastic transistor anders. Dat maakt het veel moeilijker om er schakelingen mee te bouwen. Je hebt complexe wiskundige modellen nodig om het gedrag goed te voorspellen. Wij hebben zowel verstand van het ontwerpen van schakelingen, van de fysica van de transistors als van de wiskundige modellen.”