Maschinen, die wie Hunde schnüffeln
Die Studie
„Biomimetic Sniffing Improves the Detection Performance of a 3D Printed Nose of a Dog and a Commercial Trace Vapor Detector“, Scientific Reports, 1.12.2016
Aufgrund ihres feinen Geruchsinns werden Hunde oft zum Aufspüren von Menschen unter Trümmern oder von Sprengstoffen und ähnlich sensiblen Substanzen eingesetzt. Zwar hat es in den vergangenen Jahren erhebliche Verbesserungen bei Geruchssensoren gegeben, wie das Team um Matthew Staymates vom National Institute of Standards and Technology (NIST) schreibt, an die Fähigkeit von Hunden kommen sie aber längst nicht heran. Ob bestehende Beschränkungen überwunden werden können, wollten die Forscher in ihrer aktuellen Arbeit klären. Dazu untersuchten sie zunächst die Besonderheiten der Hundenase.
Um sie nachzuempfinden, modellierten die Forscher im Computer die Schnauze eines Labrador-Retriever-Mischlings nach und druckten sie mit einem 3-D-Drucker aus. Sie installierten ein kleines Ventilationssystem, das das Ein- und Ausatmen der Hundenase nachahmt - fünfmal pro Sekunde. Dann machten sie mit Hilfe von Schlierenfotografie und anderen Verfahren die Luftbewegungen sichtbar.
Effektives Schnüffeln
Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass es das Ausatmen ist, das die Hundenase so effektiv Gerüche sammeln lässt: Die ausgeatmete Luft strömt seitlich und in Richtung des Hundebauchs davon. Dadurch entsteht vor der Hundenase ein leichter Unterdruck, der die Luft vor der Hundeschnauze ansaugt. So kann der Hund gut Geruchsspuren verfolgen und insgesamt ein größeres Gebiet abschnüffeln.
Video zur künstlichen Hundenase
Deshalb ist die Hundenasen-Vorrichtung besonders dann überlegen, wenn die Geruchsquelle weiter entfernt liegt. In einem Experiment verglichen die Ingenieure einen Detektor, der nur Luft ansaugte, mit einem Detektor mit Schnüffelnase. Wenn die Chemikalie Dimethylformamid in zehn Zentimetern Entfernung abgegeben wurde, zeigte der Hundenasen-Detektor ein vierfach besseres Ergebnis im Massenspektrometer. Bei einem Abstand von 20 Zentimetern war die Aufspürleistung sogar 18-mal größer.
Die in den Detektor eingebaute Vorrichtung sieht einer Hundeschnauze überhaupt nicht ähnlich, übernimmt aber das Ausatmungsprinzip. „Die Anwendung dieses bio-inspirierten Design-Prinzips könnte zu deutlich verbesserten Geruchsdetektoren zum Aufspüren von Sprengstoffen, Betäubungsmitteln, Krankheitserregern, sogar Krebs führen“, sagt Staymates in einer Aussendung.
science.ORF.at/APA/dpa