Künstliche "Nase" kann beschädigtes Obst und verdorbenes Fleisch erschnüffeln
Der Geruch von gemähtem Gras oder die Abgase beim Tanken Ihres Autos sind alle das Ergebnis flüchtiger organischer Verbindungen. Ein neuer Ansatz in der Antennentechnologie kann diese tatsächlich aufspüren und identifizieren.
Obwohl der Geruchssinn in der Vergangenheit eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Krankheiten wie Pest und Tuberkulose gespielt hat, ist die menschliche Nase im Allgemeinen nicht empfindlich genug, um als zuverlässiges Diagnoseinstrument eingesetzt zu werden.
Forscher der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU) haben in einem Labor auf dem Campus in Gjøvik eine Antennennase entwickelt.
Mads Wang-Svendsen
Eine neue künstliche "Nase", die unserem Geruchssinn nachempfunden ist, könnte es nun jedoch ermöglichen, nicht diagnostizierte Krankheiten, gefährliche Gase und verdorbene Lebensmittel zu erkennen.
Und das alles mit einer Technologie, die bereits existiert.
Umgeben von Antennen
Was haben Ihr Mobiltelefon, Ihr Computer und Ihr Fernseher gemeinsam? Antennen.
"Wir sind buchstäblich von Technologie umgeben, die über Antennen kommuniziert", sagt Michael Cheffena.
Cheffena ist Professor für Telekommunikation an der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU) in Gjøvik und glaubt, dass diese Technologie für weit mehr als nur Kommunikation genutzt werden kann:
"Indem man die Antennen mit Sensorfunktionen ausstattet, kann die bestehende Infrastruktur in neuen Anwendungsbereichen genutzt werden. Dies war eine der Hauptmotivationen für die Untersuchung, ob Antennen für diese Zwecke eingesetzt werden können", fügte er hinzu.
Die einfachste Lösung ist oft die beste
Cheffena erläuterte, dass frühere Versuche, so genannte "elektronische Nasen" zu entwickeln, nicht den Vorteil hatten, dass eine bestehende Infrastruktur sofort verfügbar war. Sie waren auch mit einer Reihe anderer Probleme konfrontiert, die mit der Antennentechnologie gelöst werden können.
"Andere elektronische Nasen können mehrere hundert Sensoren haben, die oft mit unterschiedlichen Materialien beschichtet sind. Das macht sie sowohl sehr energieintensiv im Betrieb als auch teuer in der Herstellung. Außerdem haben sie einen hohen Materialverbrauch. Im Gegensatz dazu besteht der Antennensensor nur aus einer Antenne mit einer einzigen Beschichtung", so Cheffena.
Das muss doch auf Kosten der Genauigkeit und Funktionalität gehen?
Ganz im Gegenteil", sagt Yu Dang, Doktorand am Department of Manufacturing and Civil Engineering der NTNU in Gjøvik und Hauptautor eines kürzlich in der Zeitschrift Sensors and Actuators B: Chemical veröffentlichten Forschungsartikels über die neue "Antennennase".
Der Geruch von Benzin und frisch gemähtem Gras
Laut Dang unterscheidet der Sensor mit einer Genauigkeit von 96,7 Prozent zwischen den verschiedenen Gasen, an denen er getestet wurde. Das ist ein Ergebnis, das nicht nur mit der Leistung der bisher besten elektronischen Nasen gleichzieht, sondern sie in einigen Bereichen sogar übertrifft.
Zum Verständnis: So funktioniert die Antennennase tatsächlich:
Die Antenne sendet Funksignale auf verschiedenen Frequenzen in die Umgebung aus. Dann analysiert sie, wie sie zurückgeworfen werden. Die Art und Weise, wie sich die Signale verhalten, hängt von den vorhandenen Gasen ab. Da die Antenne Signale auf verschiedenen Frequenzen aussendet, ergeben sich daraus einzigartige Muster, die mit bestimmten flüchtigen organischen Verbindungen in Verbindung gebracht werden können.
Flüchtige organische Verbindungen sind Gase, die häufig in der Luft vorkommen. Sie zeichnen sich durch einen niedrigen Siedepunkt aus, d. h. sie neigen dazu, bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen. Und obwohl man sie weder sehen noch fühlen kann, haben Sie bestimmt schon einige von ihnen gerochen.
Alle lebenden Organismen, auch Pflanzen, geben flüchtige organische Verbindungen ab, oft um sich vor Schädlingen zu schützen oder um miteinander zu kommunizieren. Der Geruch von frisch gemähtem Gras ist ein bekanntes Beispiel dafür.
Die Benzindämpfe Ihres Rasenmähers sind ein weiteres Beispiel. Da viele der Produkte, die wir verwenden, und die Materialien, mit denen wir uns umgeben, ebenfalls flüchtige organische Verbindungen freisetzen, ist in den meisten Umgebungen eine große Anzahl von Gasen in verschiedenen Kombinationen vorhanden. Das macht die Unterscheidung zwischen bedeutenden und unbedeutenden Gasen zu einer großen Herausforderung.
Dang erklärt, dass es noch schwieriger wird, wenn auch noch Isomere hinzukommen.
Die schwierigen Zwillinge
"Isomere sind chemische Verbindungen, die dieselbe Summenformel haben, bei denen die Atome aber auf leicht unterschiedliche Weise miteinander verbunden sind", sagte er.
Nach Ansicht der Forscher sind sie ein bisschen wie Zwillinge: sehr ähnlich, aber nicht identisch.
"Diese Verbindungen stellen seit langem eine Herausforderung für diese Art von Sensortechnologie dar. Selbst die ausgefeiltesten E-Nasen, die aus vielen verschiedenen Sensoren bestehen, haben mit ihnen zu kämpfen", so Dang.
Er ist daher sehr erfreut, dass ihr Antennensensor selbst bei diesen schwierigen Verbindungen so gut funktioniert.
Könnte Krankheiten erkennen
Bislang wurde die Sensortechnologie an durch Stöße beschädigten Früchten und Fleischstücken unterschiedlichen Alters getestet. Durch Anpassung der Algorithmen, die die einzigartigen "Fingerabdrücke" der verschiedenen Gase erkennen, glauben die Forscher, dass die Technologie auch in der Lage sein könnte, Krankheiten zu riechen.
"Flüchtige organische Verbindungen ermöglichen es trainierten Hunden, gesundheitsgefährdende Veränderungen des Blutzuckers und Krankheiten wie Krebs zu erkennen, das Prinzip ist also weitgehend dasselbe", so Dang.
Im Gegensatz zu Hunden ist für den Einsatz des Antennensensors jedoch keine monatelange Ausbildung oder ein spezieller Betreuer erforderlich. Die Basistechnologie ist etwas, das Sie bereits in Ihrem Wohnzimmer haben.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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