Gitanjali Rao und Tethys: Ein Sensor für Blei im Wasser

Gitanjali Rao war 9 Jahre alt, als sie im Fernsehen Bilder der Bleikrise im US-amerikanischen Flint sah. Sie fasste den Entschluss, einen Weg zu finden, um zu helfen. Mit 11 Jahren war aus dieser Idee Tethys geworden: ein Prototyp mit einem Sensor aus Kohlenstoffnanoröhren, der Blei im Wasser nachweisen und das Ergebnis an eine Smartphone-App übermitteln sollte.

Was sah Gitanjali im Fernsehen, das die Idee auslöste?

2014 sass Gitanjali mit ihrer Familie beim Abendessen, als ein Fernsehbericht über die Krise in Flint im Bundesstaat Michigan lief. Sie sah rostfarbenes Wasser aus Wasserhähnen fliessen und hörte Berichte über Einwohner, die Blei ausgesetzt waren. Der Gedanke, dass Kinder in ihrem Alter verunreinigtes Wasser trinken könnten, liess die damals 9-Jährige nicht mehr los.

Am folgenden Tag begann sie, nach einer Lösung zu suchen, die über das Spenden von Wasserflaschen hinausging. Über Monate hinweg recherchierte sie, verwarf mehrere erfolglose Ansätze und stiess schliesslich bei ihren Lektüren auf Kohlenstoffnanoröhren, die ihr Interesse weckten.

• Die Krise in Flint gab den Anstoss für das Projekt;
• Gitanjali begann, Methoden zum Bleinachweis zu untersuchen;
• Einige frühe Lösungsansätze wurden wieder verworfen;
• Bei ihrer Recherche zu Sensortechnik stiess sie auf Nanoröhren.

Wie entstand das Gerät namens Tethys?

Gitanjali stellte fest, dass Kohlenstoffnanoröhren bereits als Sensoren erforscht wurden, weil chemische Veränderungen in ihrer Umgebung ihren elektrischen Widerstand beeinflussen können. Daraufhin prüfte sie, ob sich dieses Prinzip auch nutzen liesse, um Blei in Wasser nachzuweisen. Den Namen Tethys erhielt das Projekt nach der griechischen mythologischen Figur, die mit Wasser verbunden ist.

Wie erkannte der Tethys-Sensor Blei und meldete es ans Smartphone?

Der fertige Prototyp bestand aus einem Sensor mit chloriddotierten Kohlenstoffnanoröhren, einer per 3D-Druck hergestellten Konstruktion und einem Arduino-Prozessor. Trat Blei in der Wasserprobe mit dem Sensor in Wechselwirkung, änderte sich der elektrische Widerstand, den das System erfassen konnte.

Tethys wertete diese Veränderung aus und übermittelte die Daten an eine Smartphone-App, die den Nutzer auf den Schadstoff hinwies. Ziel war eine schnelle und einfachere Alternative zu den Heimtests, deren Ergebnisse Gitanjali als uneinheitlich erlebt hatte, als ihre Eltern das Wasser zu Hause überprüften.

• Der Sensor wurde mit einer Wasserprobe in Kontakt gebracht;
• Blei verursachte eine messbare Widerstandsänderung;
• Ein Arduino verarbeitete die Sensordaten;
• Die Informationen wurden an eine App übertragen;
• Das Smartphone zeigte eine Warnung über das vorhandene Metall an.

Wie konnte ein 11-jähriges Mädchen den Tethys-Prototyp bauen?

Die Beschaffung der Materialien gehörte zu den grössten Hürden. Da Gitanjali zunächst kein eigenes Labor hatte, baute sie einfache Konstruktionen, brachte sich mithilfe von Tutorials die Arduino-Programmierung bei und schrieb Wissenschaftlern Nachrichten, um die benötigten Nanoröhren zu erhalten. Nachdem sie das Finale der Discovery Education 3M Young Scientist Challenge erreicht hatte, arbeitete sie mit der Forscherin Kathleen Shafer zusammen und bekam Zugang zu den erforderlichen Bauteilen, um eine funktionsfähige Version von Tethys zu entwickeln.

Was geschah nach der Fertigstellung des Projekts?

Im Oktober 2017 gewann Gitanjali Rao im Alter von 11 Jahren die 3M Young Scientist Challenge. Sie erhielt den Titel America’s Top Young Scientist sowie ein Preisgeld von 25.000 US-Dollar. Der Erfolg folgte auf Monate, in denen sie das System weiterentwickelte und versuchte, aus einer Idee vor dem Fernseher ein Gerät für konkrete Messungen zu machen.

Auch nach dem Wettbewerb setzte sie ihre Arbeit fort. 2021 erhielt Gitanjali mit 15 Jahren in den Vereinigten Staaten ein Patent für ein System und Verfahren zum Nachweis von Verunreinigungen im Wasser. Tethys blieb ein Prototyp in der Entwicklung und kein unmittelbarer Ersatz für offizielle Labortests. Das Projekt zeigte jedoch, wie sich Sensoren, Elektronik und eine App verbinden lassen, um den Bleinachweis schneller und zugänglicher zu gestalten.