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Mittwoch, 19.09.2018
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Die leistungsfähige Hundenase aus dem 3D-Drucker

Sensorik

Hundenasen gehören zu den leistungsfähigsten Riechorganen der Welt. Nun sind Forscher mithilfe eines 3-D-Druckers ihrem Geheimnis auf der Spur. Der Trick: die raffinierte, bislang kaum erforschte Atemtechnik der Hunde.
Mit 3D-Druckern lässt sich alles Mögliche drucken…

Mit 3D-Druckern lässt sich alles Mögliche drucken…

Hunde haben gegenüber dem Menschen ganz klar die Nase vorn. Sie können sowohl Drogen als auch Sprengstoff, ja sogar Krankheiten mittels ihrer Geruchsdetektoren erkennen. Innerhalb der Hundenase sind 300 Millionen Rezeptorzellen vorhanden. Das macht die Hundenase so sensibel. Das ist allerdings nicht das einzige Geheimnis, was die Hundenase so leistungsfähig macht. Auch die Atemtechnik des Hundes sorgt dafür, dass die Hundenase gegenüber der menschlichen Nase eine bis zu 18-fache Leistung erbringen kann.

Hundenase aus dem 3-D-Drucker


Um diese erstaunlichen Fähigkeiten zu ergründen, haben sich die Forscher Hilfe von Ingenieuren geholt. Der Auftrag: ein möglichst genaues Modell einer Hundenase zu konstruieren. Zwar bringt der Ingenieursberuf sicher abwechslungsreiche Tätigkeiten mit sich, wie die vielfältigen Stellenprofile dieser Zunft eindrucksvoll belegen. Doch diese Aufgabe war dann doch eine ungewöhnliche Herausforderung, wie der Leiter des Forschungsteams, Matthew Staymates, berichtet. Am National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg gelang es ihm und seinem Team schließlich, mit einem 3-D-Drucker einen Prototypen zu erstellen, der auch die Schnüffeltechnik der Hunde simuliert. Ihre Experimente belegen, dass ein sogenannter Schnüffel-Aufsatz die Leistungsfähigkeit klassischer Geruchssensoren um ein zehnfaches steigern kann. Auf diese Art können sowohl Sprengstoffe wie auch andere Substanzen besser aufgedeckt werden.

Hundenasen ziehen Geruchspartikel zu sich heran


Die Visualisierung der Luftbewegung um die Hundenase brachte den Forschern die Erkenntnis, dass Hunde durch ihr schnelles Ein- und Ausatmen Geruchsstoffe in ihrem Umfeld mobilisieren. Beim ausgehenden Luftstrom entstehen Luftbewegungen, die dann bewirken, dass auch entferntere Partikel aufgewirbelt werden und dann beim Inhalieren in die Nase gelangen. Die Forscher bezeichnen dies auch als „aktives aerodynamisches System zur Probennahme“.

Biomimetische Hundnase im Einsatz


Auf der Basis dieser Forschungen entwickelte das Team einen sogenannten bio-inspirierten Aufsatz für Riechstoffdetektoren. Diese technischen Schnüffelorgane zogen zur Analyse bisher lediglich Luft ein. Durch einen Aufsatz konnten die Forscher das Gerät nun mit einem zusätzlichen Schnüffel-Effekt ausstatten, der Luft einzieht und ausstößt. Dabei zeigten Vergleiche, dass diese Erweiterung die Riechstoffdetektion um den Faktor 16 bei einer Abstandsdistanz von vier Zentimetern gegenüber der Geruchsquelle verbessern konnte.

Die Forschung kommt auf den Hund


Die große Effizienz bei der Erfassung von Luftproben ist der Grund, weshalb Hunde so besonders gute chemische Detektoren sind, argumentiert Staymates. Dabei handelt es sich aber nur um einen kleinen Teil des Geheimnisses der Hundenase. Von den Hunden können die Forscher noch viel mehr lernen, wie Staymates betont. In weiteren Experimenten wollen die Forscher ihr Modell optimieren und neben der Atemtechnik auch die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Riechstoffdetektoren verbessern.

Krebserkennung per Geruchsdetektor?


Schon heute gibt es überaus leistungsfähige Geruchsdetektoren. So feierte die US-Zollbehörde an Grenze zu Mexico jüngst große Erfolge beim Aufspüren von Falschgeld, das zwischen Obst und Gemüse versteckt wurde. Auch Geld hat nämlich einen ganz speziellen Duft. Staymates Ziel ist es, nach dem Vorbild der Hundenase die Empfindlichkeit sowie auch die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Riechstoffdetektion weiter zu steigern. Damit können die Möglichkeiten zur Erkennung von Sprengstoff und Narkotika, sowie Krankheitserregern und sogar Krebs noch weiter verbessert werden.
( , 12.12.2016 - )
 
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