Gli spettrometri a infrarossi sono potenti strumenti di misura quando si tratta di analisi non distruttive di materiali organici. L'Istituto Fraunhofer per i microsistemi fotonici IPMS di Dresda ha recentemente sviluppato un sistema di analisi spettrale che riconosce e analizza i tessuti, anche misti. Le applicazioni possibili vanno dal controllo dei tessuti, alla pulizia corretta degli indumenti, fino al riciclaggio sostenibile. Inoltre, lo spettrometro è così piccolo che può essere integrato in uno smartphone.
I ricercatori del Fraunhofer si affidano alla spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) per riconoscere i tessuti con precisione. Il sistema funziona per lunghezze d'onda comprese tra i 950 e i 1900 nanometri, ovvero vicino allo spettro visibile. I vantaggi della tecnologia del vicino infrarosso sono la facilità d'uso e l'ampia gamma di applicazioni.
"Combiniamo la spettroscopia NIR con l'imaging e l'intelligenza artificiale per ottenere una maggiore precisione nel riconoscimento e nell'analisi degli oggetti", spiega il Dott. Heinrich Grüger, ricercatore del dipartimento Sensoric Micromodules del Fraunhofer IPMS.
Come funziona l'analisi tessile
- Un modulo fotocamera convenzionale acquisisce un'immagine dell'indumento
- L'intelligenza artificiale seleziona un punto specifico dai dati dell'immagine del tessuto per esaminarlo con il modulo analizzatore spettrale.
- La luce riflessa dal tessuto viene catturata dal modulo spettrometro. Qui passa attraverso una fenditura d'ingresso, viene trasformata in fasci di luce paralleli mediante uno specchio collimatore e proiettata su un reticolo tramite uno specchio di scansione. A seconda dell'angolo di incidenza e di uscita, il reticolo divide i fasci di luce in diverse lunghezze d'onda.
- La luce riflessa dal reticolo viene diretta dallo specchio di scansione verso un rilevatore, che cattura la luce come segnale elettrico. Un convertitore A/D digitalizza questi segnali, che vengono successivamente analizzati nell'elaboratore di segnali.
- Il profilo spettrometrico risultante per il tessuto rivela le fibre di cui è composto, grazie al confronto con un database di riferimento.
"La risoluzione ottica è di 10 nm. Grazie a questa elevata risoluzione, lo spettrometro NIR può anche utilizzare l'intelligenza artificiale per identificare tessuti misti, come ad esempio capi di abbigliamento realizzati in poliestere e cotone", spiega Grüger. Con dimensioni di soli 10 mm×10 mm e uno spessore di 6,5 mm, il sistema è così compatto da poter essere facilmente integrato in uno smartphone.
Un'arma contro gli sprechi
Grüger vede un'importante applicazione per lo spettrometro controllato dall'intelligenza artificiale quando si tratta di riciclaggio. Secondo l'Ufficio Federale di Statistica tedesco, nel 2021 in Germania sono state raccolte circa 176.200 tonnellate di rifiuti tessili e di abbigliamento dalle abitazioni private. La spettroscopia NIR potrebbe migliorare l'efficienza del riciclaggio, rendendo più rapida la selezione dei vecchi indumenti. I tessuti ancora integri, ad esempio, potrebbero essere destinati al commercio di seconda mano. Quelli danneggiati, invece, vengono selezionati per il riciclaggio. Infine, i tessuti gravemente sporchi possono essere inceneriti o trasformati.
Tecnologia alla portata di tutti
Se la spettroscopia NIR venisse integrata in uno smartphone, anche gli utenti finali potrebbero beneficiare della tecnologia dell'Istituto Fraunhofer. Quando si acquistano vestiti, un rapido controllo con lo smartphone potrebbe rivelare se un indumento è veramente creato con il tessuto indicato dall'etichetta, o se non si tratta di una contraffazione. E se le istruzioni per il lavaggio non sono più leggibili, lo smartphone può identificare il tessuto e determinare il ciclo più appropriato.
Non solo analisi tessili
I ricercatori del Fraunhofer IPMS prevedono applicazioni anche al di fuori dell'industria tessile. Gli smartphone dotati di spettrometri potrebbero, ad esempio, essere utilizzati per:
- fornire informazioni sulla qualità di prodotti alimentari quando si fa la spesa
- esaminare la pelle anche a scopo di diagnosi mediche, ma in questo caso sarebbe necessario il coinvolgimento di professionisti.
Nella fase di sviluppo, il team del Fraunhofer ha beneficiato di decenni di esperienza nella costruzione di spettrometri NIR con tecnologia MEMS (sistemi microelettromeccanici). "Nel corso degli anni, siamo riusciti a miniaturizzare grandi strumenti di spettroscopia da laboratorio utilizzando la tecnologia MEMS per renderli adatti anche all'uso mobile", spiega Grüger. Nel 2000, insieme all'attuale direttore dell'istituto, il Prof. Harald Schenk, Grüger ha inventato lo spettrometro a reticolo di scansione, ancor oggi considerato il punto di ingresso nella spettroscopia MEMS.
Fonte: Fraunhofer.de
