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Technische Rettungshunde-Nase entwickelt

Drei winzige Gassensoren machen es möglich. (Foto: ETH Zürich / Andreas Güntner)

Wo stecken Menschen unter dem Erdbebenschutt oder dem Lawinenschnee? Rettungshunde haben dafür buchstäblich eine feine Nase – ihre Leistungen als Katastrophenhelfer sind legendär. Doch nicht immer und überall ist der Einsatz der tierischen Rettungshelfer möglich. Nun berichten Forscher über die Entwicklung einer raffinierten technischen Alternative zur Hundenase: Ihre praktische Apparatur kann menschlichen Geruch aufspüren, zeigen Tests an einem Verschüttungssimulator.

Das Original schlägt so schnell keiner – die Natur hat Hunde bekanntlich mit einer extrem feinen Sensorik ausgerüstet. Doch die Vierbeiner haben als Rettungshelfer nicht nur ideale Aspekte: Sie müssen trainiert werden, brauchen Pflege, Erholungspausen und sind in gefährlichem Gelände nur beschränkt einsetzbar. Außerdem sind Hundestaffeln in Katastrophengebieten in der Regel nicht sofort verfügbar – sie müssen oft erst von weit her anreisen.

Somit sind technische Alternativen gefragt. Bisher gibt es allerdings nur elektronische Geräte, die mit Mikrofonen und Kameras ausgerüstet sind. Mit ihnen lassen sich somit nur Verschüttete finden, die sich akustisch bemerkbar machen können oder durch Hohlräume in Trümmern sichtbar sind. Die Forscher von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich arbeiten hingegen bereits seit einiger Zeit an „schnüffelnden“ Rettungshelfern. Wie sie berichten, hat ihre Arbeit nun zur Entwicklung eines Systems für den Handgebrauch geführt.

Winzige Gassensoren

Sie kombinierten im neuen Gerät die von ihnen in den letzten Jahren entwickelten Gassensoren für Aceton, Ammoniak und Isopren. Dabei handelt es sich Stoffwechselprodukte unseres Körpers, die wir in geringen Konzentrationen ausatmen und ausdünsten. Die verwendeten Gassensoren haben die Größe eines kleinen Computerchips. „Sie sind etwa gleich empfindlich wie die meisten Ionenmobilitäts-Spektrometer, die teuer sind und die Größe eines Koffers haben“, sagt Co-Autor Sotiris Pratsinis. „Unsere handliche Sensorkombination ist mit Abstand das kleinste und günstigste Gerät, das ausreichend empfindlich ist, um verschüttete Personen zu erkennen“, so der Wissenschaftler.

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Für das Gerät kombinierten die Forscher ihre Sensoren mit zwei kommerziell verfügbaren Fühlern für Kohlendioxid und Feuchtigkeit. „Die Kombination von Sensoren für unterschiedliche chemische Verbindungen ist wichtig, weil die einzelnen Stoffe auch andere Quellen als den Menschen haben können. Kohlendioxid kann zum Beispiel sowohl von einer verschütteten Person als auch von einem Brandherd stammen“, erklärt Co-Autor Andreas Güntner.

Konzept mit Potenzial

Für Tests ihres Systems nutzten die Forscher eine zum Verschüttungssimulator umfunktionierte Versuchskammer am Institut für Atemgasanalytik der Universität Innsbruck. Darin saßen einzelne Versuchspersonen, die eine Atemmaske trugen. Im ersten Teil der Untersuchungen wurde die von den Teilnehmern ausgeatmete Luft direkt aus der Kammer geleitet, im zweiten Teil blieb die ausgeatmete Luft im Raum. So konnten die Wissenschaftler ein Atemluft- und ein Ausdünstungsprofil erstellen. „Aceton und Isopren sind typische Stoffe, die wir ausatmen“, sagt Pratsinis. „Ammoniak hingegen dünsten wir vor allem über die Haut aus“. Letztlich entsteht aus der Kombination eine Art chemischer Fingerabdruck des Geruchs von Menschen, der sich detektieren lässt, erklären die Forscher.

Die Ergebnisse legen ihnen zufolge nahe, dass sich mit ihrem Konzept auch unter realen Bedingungen verschüttete Personen aufspüren lassen könnten. „In einem nächsten Schritt möchten wir testen, ob es sich für den Sucheinsatz nach Erdbeben oder Lawinenniedergängen eignet“, sagt Pratsinis. Die Forscher suchen nun nach Industriepartner oder Investoren, die den Bau eines Prototypen unterstützen. Es zeichnet sich ihnen zufolge auch erweitertes Potenzial für das Konzept ab: Um schwer zugängliche Gebiete zu untersuchen, könnte man etwa Drohnen oder Roboter mit den Gassensoren ausrüsten. Weitere Anwendungsmöglichkeiten wären das Aufdecken von Menschenschmuggel oder von blinden Passagieren, so die Forscher.

Quelle: ETH Zurich, Analytical Chemistry, doi: 10.1021/acs.analchem.8b00237

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