Senzory budoucnosti

Během hodiny dokáže vyrobit stovky metrů chytrých senzorů, které zabraňují plýtvání, zachraňují baterie nebo pomáhají zemědělcům. Chemik Tomáš Syrový z Fakulty chemicko-technologické začínal s potravinami a léčivy. Dnes tiskne senzory budoucnosti.

Na jedné z vašich přednášek jste hned v úvodu nechal kolovat plenu. Proč?

Publikum je potřeba na začátku odemknout. Snažím se tak navodit dobrou atmosféru a zároveň navázat na téma, protože to není ledajaká plena. Ukrývá se v ní senzor, který pomáhá odhadnout správný čas její výměny.

Kolem senzorů se točí celý váš výzkum. Používají se například i v regálech v obchodech. Co takové senzory říkají?

Jedna nápojová firma jimi sleduje pohyb zboží ve stojanech a v lednicích. Díky našim senzorům má informace o tom, jak jsou regály zaplněné, co je potřeba doplnit, v jakou dobu nejčastěji zákazníci nápoje nakupují nebo jak na zákazníky působí různé reklamní akce, počasí a podobně.

To zní skoro jako Velký bratr.

Z jednoho pohledu je to možná takový Velký bratr, ale podle mě to v budoucnu bude sloužit i zákazníkům. Často se stává, že muž dostane od manželky nákupní seznam, ale když přijede do obchodu, tu nejdůležitější věc tam nemají, takže musí jet jinam. Tyto regálové senzory by v budoucnu měly zákazníky informovat o tom, kde zboží mají a v jakém množství. Až mi tedy manželka příště napíše seznam, aplikace mi vybere nejbližší obchod, který má všechno požadované zboží, a protáhne mě také prodejnou co nejefektivněji, protože mi ukáže, kde přesně zboží najdu. Moje představa je, že přes aplikaci budu moci nákup i zaplatit, takže navíc ušetřím čas u pokladny.

Není to v rozporu se strategií obchodů, které chtějí, abychom se v nich zdrželi co nejdéle?

Je pravda, že supermarkety chtějí, abychom prošli co nejvíce uličkami a cestou posbírali co nejvíce zboží. Věřím ale, že v budoucnu se přidanou hodnotou obchodů stane, aby šetřily náš čas. Nenakoupíme třeba nejlevněji, ale projdeme obchodem co nejsnáze a nejrychleji. Senzory detekce zboží v regálech a na paletách jsou budoucností nejen nakupování, ale i zásobování. Umožní totiž efektivně zásobovat prodejny, které nebudou muset mít tak velké sklady, bude to systém just-in-time.

Takže se budeme moci s takovými senzory setkat i v každodenním životě.

Jasně. Senzory nás budou provázet. Směřují k tomu, že zjednoduší člověku život a budou chránit i jeho zdraví. O to se snažíme s takzvanými potravinářskými senzory, které mají detekovat stav potravin a sdělit nám, zda je jídlo ještě v pořádku, nebo jestli v něm už probíhají nějaké nežádoucí procesy. Některé domácnosti se neobtěžují po datu expirace výrobek zanalyzovat, otestovat čichem a podobně, zkrátka ho automaticky vyhodí. Takže se často vyhazují potraviny, které jsou ještě v pořádku. Když v nich bude jednoduchá senzorika, která řekne, že to kuřecí maso je i po době expirace stále v pořádku, neboť v něm není určitá koncentrace biogenních aminů nebo thiolů, může se zvýšit využitelnost potravin a nebudeme tolik plýtvat.

Budou výrobci ochotní investovat vyšší obnos peněz do výroby chytrých obalů?

Zatím zájem z jejich strany není tak velký. Ve společnosti je ale čím dál větší snaha eliminovat plýtvání potravinami, čemuž se přizpůsobuje i legislativa. Toto je cesta. A výrobci budou brzy nuceni tyto obaly využívat. Od některých už máme signály, že chtějí, protože vědí, že je to trend. Ale cena je samozřejmě zásadní. Je na nás výzkumnících, abychom vyrobili senzoriku, která bude funkční, bezpečná a také superlevná.

Řeší se také potřeba snižovat počet obalových materiálů. A tímto do obalů přidáme další materiál.

Ano, senzory si můžete představit jen jako slabou vrstvu, kterou lze natisknout na již existující obalový materiál. Řadu senzorů lze také připravit na papír, který je rozložitelný. My tedy na obal téměř nic nepřidáme a v tomto směru zátěž nezvětšíme. Navíc látky jsou téměř v přímém styku s potravinami, musejí být proto zcela bezpečné.

Zmiňujete, že senzory se tisknou. Jak to vlastně funguje?

Využíváme například techniku sítotisku, kterou nanášíme senzorické vrstvy na různý tiskový materiál. Důležité je složení tiskových past. Musí mít určité vlastnosti, abychom vytvořili vhodné parametry senzoru, které umožní dostatečně přesné měření. V podstatě je to něco podobného jako tisk na trička. Výhodou je, že produkční rychlost je velmi vysoká a my můžeme vyrobit třeba i desetitisíce senzorů za hodinu. To dovolí masovou a levnou výrobu.

Čím konkrétně jsou tvořeny senzory do chytrých obalů?

Tiskneme je funkčním inkoustem, který v závislosti na přítomnost cizorodých látek nebo mikrobiálního bujení změní barvu, a to třeba z karmínové do žluté, nebo z azurové do oranžové. Změny odstínu jsou výrazné a pro spotřebitele tedy snadno rozeznatelné.

Takže mezi inkoustem a nežádoucími látkami dochází k chemické reakci?

Přesně tak. Děláme v podstatě chemisenzor, který je citlivý na přítomnost různých látek, třeba metabolitů, které vznikají při mikrobiálním bujení. Všechny senzory jsou o reakci s nežádoucí chemickou sloučeninou nebo o odezvách na nějakou fyzikální veličinu – třeba teplotu, ultrafialové záření a podobně.

Vraťme se ještě k tomu, kde se senzory používají. Pomáhají třeba i zemědělcům.

Spolupracujeme s partnery nyní na vývoji senzorů pro chytré zemědělství, které mají za úkol měřit vlhkost v zemině. Umí dokonce změřit i teplotu a měří v několika hloubkách. Používají se pro analýzu stavu zeminy. Třeba ve sklenících s automatickými závlahovými systémy je díky nim možné řídit účinnou závlahu. Tím můžeme snížit spotřebu vody. Když se umístí do polí, připojí se k nim komunikační jednotka, která přenáší data o stavu zeminy na cloudové úložiště. Ta mohou zemědělcům pomoci s analýzou po sklizni.

Některé senzory vypadají jako lyže. Kde konkrétně mohou takto dlouhá prkna pomoci?

Tento senzor bude umístěn v kukuřičném porostu, proto je tak vysoký. Jedná se o dřevěné prkno, na kterém jsou natištěné senzory, které jsou také environmentálně šetrné. Senzor se zapíchne do země zhruba půl metru a jeho velká část bude nad povrchem. Nyní máme navíc na tisk na dřevo podaný evropský patent.

Proč by měly být senzory i v bateriích?

Je to oblast, která dnes všechny zajímá. Roste zájem o elektromobilitu a hybridní solární systémy. Sám jsem do toho minulé léto naskočil, když jsme doma instalovali solární elektrárnu s bateriovým úložištěm a začal jsem jezdit elektromobilem, což je pro mě další reálná laboratoř a zdroj řady informací. Z vlastní zkušenosti tedy moc dobře vím, že se zvyšujícím se zájmem o tuto problematiku přichází také mnoho otázek a obav o to, jak dlouho vlastně baterky vydrží.

Jak tomu mohou senzory pomoci?

Pomocí senzoru můžeme analyzovat vnitřní prostředí baterie. Stejně jako doktor dokáže z rozboru krve vyčíst mnohé o zdraví pacienta, senzor nám díky analýze částí baterie dokáže říct, v jakém stavu baterie je. Když budeme znát její stav, můžeme prodloužit její životnost tím, že vhodným zákrokem zastavíme nějaký nežádoucí proces, který se v ní odehrává. I na tento senzor jsme nyní se zahraničním partnerem podali mezinárodní patentovou přihlášku.

To zní jako dobrá zpráva pro budoucí i současné majitele elektromobilů.

Vize do budoucna je taková, že se nám díky senzorům podaří prodloužit životnost baterie třeba právě v elektromobilu. Máme v rukách nástroj k analýze, ale zároveň nástroje, které pomohou při „léčení“ baterií, čímž můžeme prodloužit jejich životnost o desítky procent.

Jak jste se vlastně dostal k chemii?

K chemii mě to táhlo od malička, už jako dítě mě zajímaly petardy. Z lásky k výbušninám jsem se chtěl dozvědět i více o tom, co se v nich odehrává a jak chemicky fungují. Až to v jeden okamžik dopadlo nešťastně. Jedna slož mi vybuchla v ruce a skončil jsem s vážným poraněním. Už učitel na střední škole mi říkal: „Syrový, jestli se ti něco stane, tak za mnou nechoď.“ No a pak se to jednou stalo. Jak se říká, věda si žádá oběti (smích).

Hádám, že poté jste výbušniny opustil.

Ano, v tu chvíli jsem se začal věnovat analytické chemii, kde jsem se připojil k výzkumu v oblasti léčiv. Věnoval jsem se ale i informačním technologiím a grafice, díky čemuž jsem se dostal na Katedru polygrafie a fotofyziky.

Vaše žena je zároveň vaší kolegyní, takže má pro vaši práci pochopení. Prý jste o Vánocích chtěl tisknout i cukroví. Prošlo to?

Nakonec to nedopadlo, ale někdy to ještě vyzkouším (smích). Je to úsměvné, protože jako střední školu jsem dělal potravinářskou průmyslovku v Pardubicích. Odmaturoval jsem jako cukrář, pekař. Manželka mi vždycky říká, že jsem pekař, ale doma nic neupeču. Tohle by byl moment, kdy bych to mohl zlomit. Tak třeba příští Vánoce.

doc. Ing. Tomáš Syrový, Ph.D. (1979)

• Působí na Katedře polygrafie a fotofyziky Fakulty chemicko-technologické
  Univerzity Pardubice, kde se zaměřuje na materiálový tisk.
• Je autorem řady patentů, užitných vzorů, funkčních vzorků
  a ověřených technologií, na které má licence.
• Podílel se na vývoji chytrých inkontinenčních
  plen určených např. pro zařízení LDN.
• Vyvinul také bandážový senzor, který kontroluje stav krytu rány
  a určuje vhodný okamžik výměny bandáže.
• Je fanouškem elektromobility a solární výroby elektřiny.
• Ve volném čase se věnuje rodině, cestování, rád fotí, zajímají ho
  nové technologie, které se často časem prolínají s jeho výzkumem,
  čte rád literaturu faktu, odbornou literaturu.

Tento text najdete v exkluzivním vydání časopisu Univerzity Pardubice MY UPCE, v tištěné i on-line podobě.