TY - CONF A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - A New Approach: Passive Smart Dust for Detection of Hazardous Substances N2 - Remote sensing of hazardous substances is a key task that can be achieved with the help of remotely operated platforms equipped with specific sensors. A huge variety of methods and used vehicles have been developed for different purposes in recent years. The term smart dust refers to a science fiction novel and develop shortly after into a research proposal at UC Berkley funded by DARPA. Subsequently, the topic gained attraction but was overall considered as to complex for the technologies available at that time. In the launched passive smart dust project, we shift to a simple “chemical intelligent” passive sensor particle on the ground combined a read-out active sensor attached to an Unmanned Aerial Vehicle (UAV). The reactive particle surface can be preadjusted in the lab for exact desired properties regarding certain reactions to hazardous substances. Moreover, the aimed interaction with the active sensor can be modified. Planed applications allow for different materials e.g., for short time measurement, being ecologically degradable, or weather stable for long time monitoring. T2 - 38th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics CY - Poros, Greece DA - 20.09.2022 KW - Smart Dust KW - Drone KW - Remote Detection KW - Hazardous substances PY - 2022 SP - 1 EP - 2 CY - Athens, Greece AN - OPUS4-55925 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-Based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - The distribution of tiny sensors over a specific area was first proposed in the late 1990s as a concept known as Smart Dust. Several efforts focused primarily on computing and networking capabilities but quickly ran into problems related to power supply, cost, data transmission, and environmental pollution. To overcome these limitations, we propose using paper-based (confetti-like) chemosensors that exploit the inherent selectivity of chemical reagents, such as colorimetric indicators. In this work, cheap and biodegradable passive sensors made from cellulose could successfully indicate the presence of hazardous chemicals, e.g., strong acids, by a significant color change. A conventional color digital camera attached to a drone could easily detect this from a safe distance. The collected data was processed to define the hazardous area. Our work presents a combination of the smart dust concept, chemosensing, paper-based sensor technology, and low-cost drones for flexible, sensitive, economical, and rapid detection of hazardous chemicals in high-risk scenarios. N2 - Die Verteilung winziger Sensoren über ein bestimmtes Gebiet wurde erstmals Ende der 1990er Jahre als Konzept namens „Smart Dust“ vorgeschlagen. Mehrere Bemühungen konzentrierten sich hauptsächlich auf Rechen- und Netzwerkfähigkeiten, stießen jedoch schnell auf Probleme im Zusammenhang mit der Stromversorgung, den Kosten, der Datenübertragung und der Umweltverschmutzung. Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlagen wir die Verwendung von papierbasierten (konfettiartigen) Chemosensoren vor, die die inhärente Selektivität chemischer Reagenzien, wie z. B. kolorimetrischer Indikatoren, nutzen. In dieser Arbeit konnten günstige und biologisch abbaubare passive Sensoren aus Zellulose erfolgreich das Vorhandensein gefährlicher Chemikalien, z.B. starker Säuren, durch eine deutliche Farbänderung anzeigen. Eine herkömmliche Farb-Digitalkamera, die an einer Drohne befestigt ist, konnte dies aus sicherer Entfernung leicht erkennen. Die gesammelten Daten wurden verarbeitet, um den Gefahrenbereich zu abzugrenzen. Unsere Arbeit stellt eine Kombination aus dem Smart-Dust-Konzept, Chemosensorik, papierbasierter Sensortechnologie und kostengünstigen Drohnen für eine flexible, empfindliche, wirtschaftliche und schnelle Erkennung gefährlicher Chemikalien in Hochrisikoszenarien dar. KW - Confetti KW - Remote sensing KW - Drones KW - UAV KW - Optical detection KW - Chemosensor KW - pH indicator KW - Paper-based sensors KW - Harmful chemicals KW - Chemical desaster PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-621284 DO - https://doi.org/10.20944/preprints202408.0030.v1 SP - 1 EP - 17 PB - MDPI CY - Basle, Switzerland AN - OPUS4-62128 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Passive Smart Dust For Detection Of Hazardous Substances N2 - High demand for remote sensing of hazardous substances. Possible solution: Use of distributed, low cost, and environmentally safe particles as passive sensors that can be read out remotely Chemical intelligence on the particle surface can be easily modified Particles enable optically quantifiable response and inference of target substances (also no maintenance or power supply required T2 - 38th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics CY - Poros, Greece DA - 20.09.2022 KW - Smart Dust KW - Drone KW - Remote Detection KW - Colorchanging Particles PY - 2022 AN - OPUS4-56025 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - We introduce a passive smart dust concept as a novel solution for environmental monitoring. Utilizing chemical reagents like colorimetric indicators and other chemosensors, these particles detect varying environmental conditions. We developed paper-based sensors that are both cost-effective and eco-friendly. In practical tests, these sensors, dispersed over a designated area, successfully identified hazardous substances by changing their color when exposed to acids or bases. This color change was remotely detectable using a drone-mounted color camera. The data thus obtained was processed through specialized software, accurately pinpointing areas of contamination. This method proves the efficacy and scalability of passive smart dust technology for real-time, environmentally sustainable remote sensing of hazardous materials T2 - 2024 IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN) CY - Grapevine, Texas, USA DA - 12.05.2024 KW - Indicator KW - Passive Smart Dust KW - Colorimetric Sensor KW - Drone KW - Cellulose KW - Environmental Monitoring KW - Confetti KW - Hazard Detection PY - 2024 SN - 979-8-3503-7053-9 VL - 1 SP - 1 EP - 3 PB - IEEE CY - Piscataway, NJ 08855-1331 USA AN - OPUS4-60176 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Passive Smart Dust a versatile low-cost sensor platform N2 - Coated cellulose particles as colourimetric passive sensors that are detected by the optical camera system of a drone. In this way, hazardous substances, e.g. acids, can be detected from a safe distance in a cost-effective and environmentally friendly way. N2 - Beschichtete Zellulose Partikel als kolorimetrische passive Sensoren, die mittels optische Kamerasystem einer Drohne erfasst werden. Somit können Gefahrenstoffe, in ersten Versuchen zB Säuren aus sicherer Entfernung, kostengünstig und umweltverträglich detektiert werden. T2 - SMSI 2023 Sensor and Measurement Science International CY - Nuremberg, Germany DA - 08.05.2023 KW - Passive Smart Dust KW - Drone KW - Colorimetric sensor particles KW - Remote detection PY - 2023 DO - https://doi.org/10.5162/SMSI2023/C5.3 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-57527 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sauter, O. A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Nerger, Tino A1 - Weller, Michael G. ED - Heß, M. T1 - Aus sicherer Entfernung BT - das Magazin für die Gefahrgut-Logistik N2 - Da chemische Gefahrstoffe im Boden eine ernsthafte Bedrohung für Leben und Gesundheit darstellen, das Grundwasser kontaminieren und langfristige Umweltschäden verursachen können, ist ihre frühzeitige Erkennung von großer Bedeutung. Um solche Gefahrstoffe aus sicherer Entfernung detektieren zu können, wurde bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) im Rahmen eines Forschungsvorhabens seit Anfang 2022 an einem neuen Ansatz zur Erkennung und Überwachung chemischer Gefahrstoffe gearbeitet. KW - Cellulose KW - Drohne KW - Kolorimetrische Sensoren KW - Passive Smart Dust PY - 2025 SN - 0016-5808 VL - 2025 IS - 8 SP - 26 EP - 28 PB - ecomed-Storck GmbH, Storck Verlag Hamburg CY - Hamburg AN - OPUS4-64109 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-Based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - Rapid detection and localization of hazardous chemicals is crucial for environmental monitoring, occupational safety, and emergency response. This study presents a novel approach that combines drone technology with passive smart dust – biodegradable, paper-based chemical sensors – to remotely identify and map hazardous substances. In contrast to conventional smart dust concepts based on electronic microsensors with significant limitations in power supply, cost and environmental impact, this method uses cellulose-based, confetti-like sensors impregnated with colorimetric or fluorescent indicators. These sensors change color in response to chemical exposure, enabling simple optical detection from a distance. A drone equipped with a conventional digital camera takes pictures of the deployed sensors, which are then analyzed by automated image processing. The system converts images from the red-green-blue color model (RGB) into hue-saturation-value space (HSV) and applies threshold filters and clustering algorithms to increase the accuracy of identifying hazardous zones. Field tests using thymol blue as a pH-sensitive indicator have successfully demonstrated the system's ability to detect and locate acid spills in an outdoor environment. The results confirmed that low-cost, off-the-shelf drones can effectively monitor affected areas by providing real-time data for responders while minimizing human exposure to hazardous chemicals. This approach offers a fast, scalable, cost-effective and environmentally friendly alternative to conventional hazard detection technologies. Other important advantages are the close proximity of the sensors to the contamination, the avoidance of downwash problems by the drone propellers and the generation of a dense mesh of data points. Since no complex electronic sensors are required and simple, biodegradable materials are used, the system is well suited for large-scale deployment in industrial accidents, environmental pollution and chemical disaster scenarios. Future research will investigate additional chemical indicators to expand detection capabilities, optimize sensor deployment, and refine data processing for greater accuracy. The passive smart dust system represents a new concept in remote chemical hazard monitoring and may have broad implications for accident response, environmental crime, facility security, and attacks with chemical weapons. N2 - Die schnelle Erkennung und Lokalisierung gefährlicher Chemikalien ist für die Umweltüberwachung, den Arbeitsschutz und den Katastrophenschutz von entscheidender Bedeutung. Diese Studie stellt einen neuartigen Ansatz vor, der Drohnen-Technologie mit Passivem Smart Dust – biologisch abbaubaren, papierbasierten chemischen Sensoren – kombiniert, um gefährliche Substanzen aus der Ferne zu identifizieren und zu kartieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Smart-Dust-Konzepten, die auf elektronischen Mikrosensoren mit erheblichen Einschränkungen bei der Stromversorgung, den Kosten und der Umweltbelastung basieren, verwendet diese Methode zellulosebasierte, konfetti-artige Sensoren, die mit kolorimetrischen oder fluoreszierenden Indikatoren imprägniert sind. Diese Sensoren ändern ihre Farbe bei Kontakt mit Chemikalien, sodass eine einfache optische Erkennung aus der Ferne möglich ist. Eine Drohne, die mit einer herkömmlichen Digitalkamera ausgestattet ist, nimmt Bilder der eingesetzten Sensoren auf, die dann durch automatisierte Bildverarbeitung analysiert werden. Das System konvertiert Bilder vom Rot-Grün-Blau-Farbmodell (RGB) in den Farbton-Sättigungs-Wert-Raum (HSV) und wendet Schwellenwertfilter und Clustering-Algorithmen an, um die Genauigkeit bei der Identifizierung gefährlicher Zonen zu erhöhen. Feldtests mit Thymolblau als pH-empfindlichem Indikator haben erfolgreich die Fähigkeit des Systems nachgewiesen, ausgelaufene Säure in Außenbereichen zu erkennen und zu lokalisieren. Die Ergebnisse bestätigen, dass kostengünstige, handelsübliche Drohnen betroffene Bereiche effektiv überwachen können, indem sie Einsatzkräften Echtzeitdaten liefern und gleichzeitig die Exposition von Menschen gegenüber gefährlichen Chemikalien minimieren. Dieser Ansatz bietet eine schnelle, skalierbare, kostengünstige und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Technologien zur Gefahrenerkennung. Weitere wichtige Vorteile sind die räumliche Nähe der Sensoren zur Kontamination, die Vermeidung von Abwindproblemen durch die Drohnenpropeller und die Erzeugung eines dichten Netzes von Datenpunkten. Da keine komplexen elektronischen Sensoren erforderlich sind und einfache, biologisch abbaubare Materialien verwendet werden, eignet sich das System gut für den großflächigen Einsatz bei Industrieunfällen, Umweltverschmutzung und chemischen Katastrophenszenarien. In zukünftigen Forschungsarbeiten sollen weitere chemische Indikatoren untersucht werden, um die Erkennungsmöglichkeiten zu erweitern, den Sensoreinsatz zu optimieren und die Datenverarbeitung für eine höhere Genauigkeit zu verfeinern. Das passive Smart-Dust-System stellt ein neues Konzept für die Fernüberwachung chemischer Gefahren dar und könnte weitreichende Auswirkungen auf die Unfallbekämpfung, Umweltkriminalität, Anlagensicherheit und Angriffe mit Chemiewaffen haben. T2 - 39th Session of the Scientific Advisory Board of the OPCW CY - The Hague, Netherlands DA - 01.04.2025 KW - Imaging KW - Remote Sensing KW - Chemosensors KW - Organization for the Prohibition of Chemical Weapons (OPCW) KW - CBRN Defence PY - 2025 AN - OPUS4-62897 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nerger, Tino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Weller, Michael G. T1 - Drone-Based Localization of Hazardous Chemicals by Passive Smart Dust N2 - The distribution of tiny sensors over a specific area was first proposed in the late 1990s as a concept known as smart dust. Several efforts focused primarily on computing and networking capabilities, but quickly ran into problems related to power supply, cost, data transmission, and environmental pollution. To overcome these limitations, we propose using paper-based (confetti-like) chemosensors that exploit the inherent selectivity of chemical reagents, such as colorimetric indicators. In this work, cheap and biodegradable passive sensors made from cellulose could successfully indicate the presence of hazardous chemicals, e.g., strong acids, by a significant color change. A conventional color digital camera attached to a drone could easily detect this from a safe distance. The collected data were processed to define the hazardous area. Our work presents a combination of the smart dust concept, chemosensing, paper-based sensor technology, and low-cost drones for flexible, sensitive, economical, and rapid detection of hazardous chemicals in high-risk scenarios. KW - Cellulose KW - Passive Smart Dust KW - Drohne KW - Kolorimetrische Sensoren PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-614641 DO - https://doi.org/10.3390/s24196195 VL - 24 IS - 19 SP - 1 EP - 16 PB - MDPI AN - OPUS4-61464 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -