Elektronische Zunge

Seit etwa 100 Jahren ist dank Prof. Walther Nernst bekannt, dass unterschiedliche Elektro­den aus elektrisch leitenden Materialien durch die im Stoff vorhandenen Ionen eine elektrische Spannung erzeugen. Diese solchermaßen elektrochemische Spannung kann ähnlich wie bei den verschiedenen Papillen der biologischen Zunge mit unterschiedlichen Elektroden vielfach erzeugt und als Muster organisiert werden. Dann wird ein solches Objekt mit der mathematischen Muster- beziehungsweise Objekterkennungstheorie behandelbar, sodass ein Muster anzulernen und dann über Klassifizierungsverfahren wiederzuerkennen ist. Dies kann in Bruchteilen von Sekunden geschehen, elektronisch problemlos weiterverarbeitet und angezeigt oder dank der heutigen technischen Möglichkeiten über das Internet verknüpft werden.

Die Elektroden können aus verschiedensten leitenden Materialien zusammengestellt werden, die im Allgemeinen schwachselektiv auf Ionen reagieren. Es kann also ein Gesamteindruck mittels eines Musters elektrochemischer Spannungen gewonnen werden, ähnlich wie beim physiologischen menschlichen Sinneseindruck. Dort handelt es sich jedoch um einen vom Gehirn eingeordneten subjektiven Geschmack, während die Nernst-Spannungen einen objektiven „Geschmack“ abliefern. Sie ergeben daher gewissermaßen eine übergeordnete Geschmacksinformation aller Ionen enthaltenden Stoffe und somit eine objektive Beschreibung und Qualitätsinformation auch im Bauwesen.

Die Elektronische Zunge benötigt einen Messkopf zum Erzeugen der Nernst-Spannungen, wenn mit ihm das Messobjekt berührt wird, eine Elektronik, die diese elektrischen Spannungen aufnimmt und aufbereitet, und einen Rechner, der die Mathematik zum Feststellen und Wiedererkennen von Mustern oder Klassen einsetzt. Das sich ergebende Spannungsmuster kann auch populärwissenschaftlich als Fingerprint des Messobjekts angesehen werden. Ein Prototyp einer solchen Elektronischen Zunge ist in ­Abbildung 1 zu sehen.

Zur schnellen Kontrolle von Betonmischungen wird eine Probe entnommen oder ein dafür geeigneter Messfühler in die Mischung gehalten. Die Auswertung von Probemessungen für Standardmischungen nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 (2001) zeigen (Abb. 2), dass die Messergebnisse recht gut unterschieden werden können und dies bei weiterem Anlernen von Zustandsänderungen auch detektierbar ist, bis der Beton auf der Baustelle ankommt.

In dieser Art und Weise lässt sich auf einem elektronischen Speicher eine ganze Bibliothek von variierten Mischungen beziehungsweise Zuständen auflisten. Wird wieder eine Probe untersucht, so werden deren Spannungswerte mit den gespeicherten auf Ähnlichkeit geprüft und wiedererkannt.

Fazit: Die Elektronische Zunge muss auf das zu erkennende Objekt angelernt werden. Wenn dies jedoch vollzogen ist, passt sie in jede Jackentasche und führt eine Mustererkennung unkompliziert und in Sekundenschnelle durch. Dadurch ist sie als tägliches Qualitätsüberwachungs-Hilfsmittel für alles, was elektrolytisch wirkt und Ionen enthält, geeignet.