Welttoilettentag | Wie sieht die Zukunft des Toilettengangs mit diesen „schwarzen Toilettentechnologien“ aus?

Heute ist Welttoilettentag. Toiletten sind eng mit unserem täglichen Leben verbunden und tragen die große Verantwortung, menschliche Exkremente „aufzunehmen“. Allerdings bringen Toiletten auch viele Probleme mit sich. Werfen wir einen Blick auf einige neue Trends bei Toiletten-„Black Technologies“ und Toiletten mit künstlicher Intelligenz (KI), die diese Probleme lösen sollen!

01 Rutsche! Rutsche schnell runter!

Es war einmal ein Witz, der im Internet kursierte: Eine Person stand bei der Arbeit unter großem Druck und rannte deshalb zur Toilette, um heimlich zu weinen. Infolgedessen waren auf jeder Toilette Exkremente, und die Person war noch wütender …

Ich glaube, jeder kennt diese Erfahrung in gewissem Maße: Auf der Toilette in der Schule oder auf der Arbeit öffnet man die Tür und stellt fest, dass sich in der Hocktoilette noch Rückstände befinden. Vor lauter Ärger spülst du drei oder vier Mal die Toilette, aber die Rückstände sind immer noch da und lassen sich überhaupt nicht wegspülen! Wie schön wäre es, wenn es so eine Toilette schon heute gäbe: glatt wie Jade, glänzend und schimmernd, nicht klebrig bei Kontakt mit Exkrementen und mit einem „Swoosh“ ins Wasser gleitend! Dadurch ließen sich nicht nur Arbeitskräfte bei der Reinigung der Toilette einsparen, sondern auch Wasserressourcen effektiv schonen.

Die von den Forschern entwickelte Oberfläche der „Schlürf-Toilette“ basiert auf der Liquid Solidified Smooth Surface (LESS)-Technologie . Dabei wird ein neuartiges Material auf die Oberfläche der Toilette gesprüht, dessen Hauptbestandteile Silikonöl und Polydimethylsiloxan sind [1]. Als sprühbare Beschichtung kann dieses Material Regenwasser, Seifenwasser, gefärbtes Wasser und synthetische Fäkalien wirksam abweisen. Wie in Abbildung 1 gezeigt, können die Toiletten mit LESS-Beschichtung im Vergleich zu den leistungsstärksten kommerziellen hydrophoben Toiletten auf dem Markt eine gute abweisende Wirkung sowohl auf Wassertropfen als auch auf synthetische Fäkalien mit einer dynamischen Viskosität von 9 Größenordnungen (10-3-105 Pa·s) erzielen, d. h., sie können die Anhaftung viskoelastischer Flüssigkeiten wie Fäkalien um etwa 90 % verringern und so im Grunde eine „Antihaftwirkung“ erzielen. Darüber hinaus trägt die LESS-Beschichtung auch sehr effektiv zur Einsparung von Wasserressourcen bei. Im Vergleich zu unbehandelten Bedienoberflächen lässt sich bei Toiletten mit LESS-Beschichtung der Reinigungswasserverbrauch um etwa 90 % senken. Gleichzeitig verfügt LESS auch über gute antibakterielle Eigenschaften und ist langlebig. Ich bin überzeugt, dass mit der großflächigen Verwendung dieses Beschichtungsmaterials die Menschen beim Öffnen der Toilettentür nicht mehr die Stirn runzeln müssen.

Abbildung 1 Vergleich der Abweisungswirkung von Toilettenflüssigkeiten und synthetischen Fäkalien der fortschrittlichsten kommerziellen hydrophoben LESS-Toilettenbeschichtung (Bildquelle: Referenz [1])

02 Nutzen Sie die Magie der Mikroorganismen, um den „Gestank“ zu vertreiben

Zu den Hauptbestandteilen von Toilettengeruch zählen Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Methan und andere Gase. Toilettengerüche beeinträchtigen nicht nur die menschliche Gesundheit, sondern belasten auch die Umwelt. Auch die Desodorierung der Toilette ist eine Möglichkeit, den Komfort beim Toilettengang zu verbessern.

Zu den bestehenden Technologien zur Geruchskontrolle gehören physikalische, chemische und biologische Methoden[2]. Bei der physikalischen Methode handelt es sich um die Methode, Gerüche mit physikalischen Mitteln zu maskieren, zu übertragen oder zu verdünnen , beispielsweise durch die Verwendung aromatischer Gase zum Überdecken von Gerüchen, die Verwendung von Aktivkohle zum Absorbieren von Gerüchen und die Ausstattung der Toilette mit einem Belüftungssystem. Darüber hinaus dient der Spalt unter der Toilettenblende auch der Belüftung. Bei der chemischen Methode handelt es sich um eine Methode, bei der eine spezielle Lösung verwendet wird, um chemisch mit dem Geruch zu reagieren. Diese Methode ist hocheffizient und kostengünstig, erfordert jedoch gleichzeitig den Austausch des Absorptionsmittels. Auch auf die Sekundärverschmutzung durch die durch die Geruchsabsorption entstehenden Produkte muss geachtet werden.

Bei der biologischen Methode handelt es sich um die Absorption von Gerüchen als Energiequelle für den mikrobiellen Stoffwechsel. Die Produkte sind im Allgemeinen Wasser und Kohlendioxid. Diese Methode ist kostengünstig, hat eine gute Reinigungswirkung und ist grundsätzlich schadstofffrei. Das Team von Yan Zhiying vom Chengdu Institute of Biology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat kürzlich die Freisetzungsmuster von Toilettenfäkaliengerüchen untersucht und die Wirksamkeit der mikrobiellen Desodorierung analysiert[3]. Studien haben gezeigt, dass hohe Temperaturen und eine entsprechende Luftfeuchtigkeit die Entstehung von Kotgeruch verstärken können. Einige Restaurants füllen beispielsweise die Urinale in den Herrentoiletten mit Eiswürfeln, um die Urinale zu kühlen und die Geruchsbildung zu verringern. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung des in dieser Studie hergestellten mikrobiellen Verbundmittels zur Desodorierung von Toiletten. Es ist ersichtlich, dass der Ammoniakgehalt im Toilettengeruch um 80 % und der Schwefelwasserstoffgehalt um 40 % reduziert wurden und dass sich einige Mikroorganismen im Kot ansiedeln und weiterhin eine desodorierende Wirkung haben können.

Abbildung 2 Schematische Darstellung der mikrobiellen Toilettendesodorierung (Bildquelle: Referenz [3])

03 Verschreiben Sie ein Rezept für das "hartnäckige Problem" des Toilettenrutschens

Gleichzeitig dürfen Sicherheitsrisiken auf der Toilette nicht außer Acht gelassen werden, insbesondere Stürze auf der Toilette. Statistiken des Gesundheitsministeriums zufolge machen Krankenhausaufenthalte wegen Knochenbrüchen und Verstauchungen infolge von Stürzen jährlich 35 % aller Verletzungen aus, die meisten davon ereignen sich bei älteren Menschen und Kindern[4]. Der Toilettenboden kann rutschig sein, weil er beispielsweise nach dem Wischen nicht getrocknet wurde, bei Regen oder Schnee noch Regenwasser darauf steht oder die Toilettenrohre undicht sind. Daher ist es notwendig, Anti-Rutsch-Maßnahmen in der Toilette zu ergreifen, wie zum Beispiel die Verwendung von Anti-Rutsch-Fliesen auf dem Toilettenboden, das Verlegen von Anti-Rutsch-Matten und das Aufsprühen von Anti-Rutsch-Mitteln.

Die Entwicklung neuer rutschhemmender Keramik-Funktionsfliesen[5] gibt neue Hoffnung auf eine Heilung der „chronischen Krankheit“ des Ausrutschens auf der Toilette. Ihr Reibungskoeffizient ist relativ groß (je größer der Reibungskoeffizient, desto besser die Rutschfestigkeit). Selbst wenn sich Wasser auf der Fliesenoberfläche befindet, entsteht beim Gehen kein Rutschgefühl. Bei diesen neuen Anti-Rutsch-Fliesen wird eine Methode verwendet, bei der hochschmelzende, hochaffine Aluminiumoxidkeime vorab in eine Niedertemperaturglasur eingebettet werden, wodurch auf mikroskopischer Ebene Unterschiede in der lokalen Zusammensetzung und Temperatur entstehen und das gezielte Wachstum von Mikrovorsprungsstrukturen im Mikronbereich ermöglicht wird. Gleichzeitig kann durch Reduzierung der Oberflächenenergie usw. eine sehr geschlossene Antifouling-Schicht um die Vorsprünge herum gebildet werden. In Kombination mit der Tintenstrahldrucktechnologie können auf der Oberfläche der Anti-Rutsch-Fliesen verschiedene Muster erzeugt werden. Daher verfügt dieser neue Typ rutschfester Keramikfunktionssteine ​​gleichzeitig über eine Antirutsch-, Antifouling- und Verschönerungsfunktion.

04 Setzen Sie sich einfach auf die Toilette und Sie werden wissen, wer Sie sind! Kommen KI-Toiletten?

Die digitale Steuerung von Toiletten kann den Menschen praktischere Dienste bieten und so ihre Lebensqualität verbessern, wie etwa automatische Sensorspülungen in Urinalen und Toiletten, Feuchtigkeitssensoren und Gasüberwachungssensoren in Toiletten usw. Kürzlich haben Forscher einen intelligenten triboelektrischen Drucksensor und Bildsensor für die häusliche Gesundheitsüberwachung in KI-Toiletten untersucht[6].

Häufig verwendete Methoden zur Identitätserkennung basieren auf Kameras oder Hochfrequenztechnologie, ihre Anwendungsszenarien sind jedoch aufgrund von Datenschutzproblemen begrenzt. Auf der Grundlage einer Reihe triboelektrischer Drucksensoren ermitteln die Forscher anhand der unterschiedlichen Drücke bei unterschiedlichen Sitzmethoden die biometrischen Merkmale der Benutzer und nutzen Deep Learning, um die Benutzer korrekt zu identifizieren. Wie in Abbildung 4 dargestellt, sind der Toilette zehn Sensorarray-Elemente auf Stoffbasis hinzugefügt. Die Druckstimulation, die entsteht, wenn sich der Benutzer hinsetzt, induziert einen elektrischen Ladungsfluss im externen Schaltkreis und wandelt so mechanische Energie in elektrische Energie um. Durch die Sitzgewohnheiten verschiedener Benutzer kommt es zu unterschiedlichen Drücken auf unterschiedlich beschriftete Sensorelemente. Durch KI-Deep-Learning können die biometrischen Informationen von 6 Benutzern, die auf dem Toilettensitz sitzen, mit einer Genauigkeit von über 90 % identifiziert werden.

Der verwendete Bildsensor kann die dynamischen Veränderungen der Urinfarbe des Benutzers aufzeichnen und eine Datenanalyse durchführen. Alle vom KI-Toilettensystem gesammelten Informationen werden auf den Server hochgeladen und Benutzer können sie auf ihren Mobilgeräten anzeigen, um ihren Gesundheitszustand kontinuierlich zu überwachen und wertvolle klinische Informationen zu erhalten. Als Smart Home können KI-Toiletten großes Potenzial für medizinische Anwendungen haben.

Abbildung 4. Sensor-Array-Struktur und Diagramm zur Zustandsüberwachung einer KI-Toilette (Bildquelle: Referenz [4])

Autor: Gao Huang, Doktorand in Materialwissenschaften, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Gutachter: Yao Qiaohong, leitender Ingenieur, PhD, Fakultät für Chemie und Molekulartechnik, Peking-Universität

Produziert von: Science Popularization China

[1]Wang, J., Wang, L., Sun, N. et al. Viskoelastische, feststoffabweisende Beschichtungen für extreme Wassereinsparungen und globale Hygiene. Nat Sustain 2, 1097–1105 (2019).

[2] Fan Jizhong, Cui Xiaomei. Forschungsfortschritte im Bereich der Geruchszusammensetzung und Behandlungstechnologie für Toiletten[J]. Yunnan Chemical Industry, 2024, 51(09): 16-19.

[3]Lyu, Q., Feng, Z., Liu, Y. et al. Analyse des Geruchsfreisetzungsmusters von Fäkalien in Latrinen und der Desodorierung mit einem zusammengesetzten mikrobiellen Wirkstoff. Abfallwirtschaft 2024, 178, 371-384.

[4] Phoenix News berichtet, dass sich jedes Jahr 3 Millionen Menschen durch Stürze verletzen, wobei die Invaliditätsrate bei 30 % liegt. Ignorieren Sie immer noch die Gefahren? [EB/OL] (10.11.2018) [19.11.2024] https://ishare.ifeng.com/c/s/v002BmV0JzYLiDzxOPCbuG0rtaRWhE--6ryhh8p8hF3ws---_g__

[5] Liao Yongkang, Forschung und Entwicklung industrieller Produktionstechnologie für neue rutschfeste Funktionskeramikfliesen. Sichuan Baita Xinlianxing Ceramics Group Co., Ltd., 19.09.2019.

[6]Zhang, Z., Shi, Q., He, T., et al. Künstliche Intelligenz der Toilette (AI-Toilet) für ein integriertes Gesundheitsüberwachungssystem (IHMS) unter Verwendung intelligenter triboelektrischer Drucksensoren und Bildsensoren. Nano Energy 2021, 90, 106517.

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