Schnüffeln: Hunde-Patent erfolgreich kopiert

Eine Visualisierung der Strömungseffekte verdeutlicht den Effekt des Schnüffelns auf die "Fahnen" einer Geruchsquelle. Credit: NPG Press

Schnelles Hin und Her - warum atmen Hunde zum Schnuppern nicht einfach nur ein? Das Schnüffeln ist eine raffinierte Methode, um Gerüche besser zu erfassen, berichten Forscher. Durch eine Hundenase aus dem 3D-Drucker inklusive "Schnüffel-Lufttechnik" ist es ihnen gelungen, dieses Konzept technisch nachzuahmen. Experimente zeigten, dass ein Schnüffel-Aufsatz die Leistung von bisherigen Geruchssensoren um mehr als das Zehnfache steigern kann. Auf diese Weise könnte man demnach Sprengstoffe und andere Substanzen besser aufgedeck.

Hunde sind berühmt für ihre feine Nase: Als Spürhunde folgen sie Fährten, sie können versteckte Drogen in Gepäck erschnüffeln und sogar die Anzeichen von Lungenkrebs im Atem von Menschen riechen. Wenn ein Hund einen Geruch aktiv erfassen will, beginnt er  bekanntlich zu schnüffeln, um die Geruchs-geladene Luft auf seine etwa 300 Millionen Rezeptorzellen in der Nase zu leiten. Fünf Mal pro Sekunde atmen Hunde dabei stoßartig aus und ein. Die Grundlage der Studie der Forscher um Matthew Staymates vom National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg bildete eine genaue Untersuchung der aerodynamischen Prozesse, die beim Schnüffeln entstehen.

Künstliche Hundenase aus dem 3D-Drucker

Das raffinierte Konzept haben Staymates und seine Kollegen durch eine exakte künstliche Nachbildung einer Hundenase nachgeahmt und weiter erforscht, die sie aus Kunststoff im 3D-Druckverfahren erzeugt haben. Durch Luft-Technik verpassten sie dieser Nase auch den nötigen Schnüffel-Luftstrom. Wie Visualisierungen der Luftbewegungen verdeutlichten, ist der Zweck des Ausatmens eine Mobilisierung der Geruchsstoffe in Richtung der Nasenlöcher: Es entstehen beim ausgehenden Luftstrom Luftbewegungen, die letztlich dazu führen, dass auch weiter entfernte Partikel herbeigewirbelt werden und beim Inhalieren in die Nase gelangen. "Es handelt sich um ein aktives aerodynamisches System zur Probenahme, die sich buchstäblich Geruchsstoffe herbeiholt", erklärt Staymates.

Auf der Basis dieser Ergebnisse entwickelte das Team dann einen bio-inspirierten Aufsatz für herkömmliche Riechstoffdetektoren. Diese technischen Riecher ziehen bisher zur Analyse nur Luft ein. Durch den Aufsatz verpassten die Forscher den Geräten nun also einen zusätzlichen Schnüffel-Effekt. Vergleiche zeigten: Die Erweiterung verbesserte die Riechstoffdetektion tatsächlich um einen Faktor von 16 bei einer Abstandsdistanz von vier Zentimetern zur Geruchsquelle.

Vom Hund lernen!

"Ihre unglaubliche Effizienz bei der Erfassung von Luft-Proben ist ein Grund, warum Hunde so erstaunlich gute chemische Detektoren sind", resümiert Staymates. "Es ist aber immer noch nur ein Teil ihres Geheimnisses. Von den Hunden können wir noch viel mehr lernen", betonte er. "Durch ihr Vorbild versuchen wir nun die Empfindlichkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit der Riechstoffdetektion weiter zu verbessern. So könnten die Möglichkeiten zur Erkennung von Sprengstoffen, Narkotika, Krankheitserregern und sogar von Krebs verbessert werden", sagt der Wissenschaftler.

Video: Eine Visualisierung der Strömungseffekte verdeutlicht den Effekt des Schnüffelns auf die "Fahnen" einer Geruchsquelle. Credit: NPG Press

 

 

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