通过模仿狗的磨损,政府和大学研究人员的队伍已经证明,“积极嗅探”可以通过依靠连续吸入来检测痕量炸药和其他违禁品的流动技术的性能超过10倍。
“狗是一个活跃的空气动力学抽样系统,实际上伸出并抓住了气味,”马修斯,国家标准与技术研究所(NIST)的机械工程师和流体动力学家解释说。“它采用流体动力学和夹带,以增加其空气动力学达到越来越大的距离样本蒸气。应用这种仿生设计原理可能会导致显著提高蒸汽取样探测爆炸物,毒品,病原体,甚至癌症。”
在大自然的铅,留下来自NIST的港口和同事,Massachusetts理工学院林肯实验室和美国食品和药物管理局将狗 - 鼻子启发适配器安装在市售炸药探测器的前端。在3-D打印机上添加人工狗 - 使活跃嗅闻改善的气味检测到18倍,具体取决于距离源的距离。
追踪检测设备现在用于入境点和出发点,例如机场和海港以及其他敏感地点,通常采用被动采样。实例包括需要拭子手或其他表面,然后通过化学检测器运行样品的设备 - 通常是离子迁移光谱仪。魔杖样蒸汽探测器适应更多的采样流动性,但除非检测器立即扫描它,否则炸弹制作成分的化学特征将不会被注意到。
旨在揭示关于如何改善跟踪检测能力的线索,研究人员转向了自然最佳化学探测器之一:狗。通过他们对以前的研究审查,团队蒸馏出嗅探中发生的事情。五次一秒钟,狗呼气到达,拉动然后吸气,以送入充满香气的鼻子以解码约3亿个受体细胞。
使用3-D打印机,停留将母拉轮鼻子的外部特征复制,包括鼻孔的形状,方向和间距。以狗吸入和呼气的速度移动空气允许它们模仿空气采样或嗅探的狗。
随着Schlieren成像 - 一种技术广泛用于航空工程的技术,以观察物体周围的空气流动 - 高速视频,团队首先证实了他们的仿鼻子确实像真实的东西一样嗅闻,这是在以前的研究中记录的财产活犬。
通过每个嗅探,空气喷气机从鼻孔中出口,向下和向外移动。虽然它可能似乎是违反直觉的,但是气动喷射夹住 - 或向鼻孔吸引蒸汽的空气。在吸入期间,将夹带空气拉入每个鼻孔中。
该团队的第一组实验将其“积极嗅探”人工狗鼻的空气采样性能与依赖于连续吸力的微量检测装置进行了比较。与实时监测质谱仪一起使用的吸入系统的头部对比发现,采样效率与嗅探人工狗鼻子有4倍,远离蒸汽源10厘米(3.9英寸),更好18倍脱扣距离为20厘米(7.9英寸)。
On the basis of those results, the team chose to outfit a commercially available vapor detector with a bio-inspired 3D-printed inlet that would enable it to sniff like a dog, rather than to inhale only in 10-second intervals, the device’s normal mode of operation. The switch resulted in an improvement in odorant detection by a factor of 16 at a stand-off distance of 4 centimeters (1.6 inches).
“他们令人难以置信的空气抽样效率是狗是如此惊人的化学取样器的一个原因,”停留了。“这只是一块拼图。当我们努力提高微量探测技术的灵敏度,准确性和速度时,更多地学习并效仿。“
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