Elektronisk næse genkender en række forskellige dufte

Friskmalet kaffe, popcorn, bioaffald eller røg – i løbet af livet, vi lærer forskellige dufte at kende og takket være vores næse, vi skelner og identificerer dem selv uden at se deres kilde. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu udviklet en sensor, der kan læres forskellige dufte. Den "elektroniske næse" skal være egnet til daglig brug og til at lugte potentielle farer, såsom ulmende kabler eller fordærvet mad, tidligere end et menneske.

Den menneskelige næse består af omkring ti millioner olfaktoriske celler med omkring 400 forskellige olfaktoriske receptorer. Disse receptorer opfatter duftene og genererer et specifikt signalmønster. Hjernen allokerer signalmønsteret til en bestemt lugt. "Vi bruger den biologiske næse som model, " siger Dr. Martin Sommer, der koordinerer Smelldect-projektet på KITs Institut for Mikrostrukturteknologi. "I vores elektroniske næse, nanofibre reagerer på komplekse gasblandinger – dvs. dufte – og genererer også signalmønstre, på grundlag af hvilken sensoren identificerer duftene." Formålet med Smelldect er at udvikle en billig lugtesensor velegnet til masseproduktion og hverdagsbrug.

Den elektroniske næse er kun et par centimeter stor. Den indeholder den nødvendige elektronik, herunder teknologien til at vurdere gasserne. "Næsen" består af en sensorchip udstyret med nanotråde lavet af tindioxid på mange individuelle sensorer. Chippen beregner specifikke signalmønstre ud fra de enkelte sensorers modstandsændringer. Disse afhænger af molekylerne i den omgivende luft, forskellige for de forskellige dufte og, derfor, er karakteristiske og genkendelige. Hvis et specifikt mønster er blevet indlært til chippen før, sensoren kan identificere duften inden for få sekunder.

For at starte processen, forskerne bruger en lysemitterende diode, der er integreret i sensorhuset og bestråler nanotrådene med UV-lys. Som resultat, den oprindeligt meget høje elektriske modstand af tindioxid falder, sådan, at ændringer i modstand forårsaget af molekyler, der er ansvarlige for lugten og bundet til tindioxidoverfladen, kan detekteres. "Når sensoren opfatter en lugt, modstanden falder yderligere. Hvis en lugt forsvinder, den elektriske modstand stiger igen til det oprindelige niveau, og "næsen" er klar til andre målinger, siger Sommer.

Sensorchippen kan lære en række forskellige dufte og, derfor, kan bruges til forskellige formål:I husstanden til styring af den omgivende luft eller som røgalarm, under indkøb for at finde ud af, hvor frisk fisken eller kødet er, at kontrollere kvaliteten af ​​f.eks. honning, eller som en næse af en robot. "Vanskeligheden består i, at en duft ikke altid forbliver den samme. F.eks. lugten af ​​en rose i solen adskiller sig fra den af ​​en rose i regn, " siger fysikeren. "I øjeblikket, vi træner den elektroniske næse til specifikke formål, som dog kan vælges universelt."

Forskerne fra KIT ønsker at udvikle en billig sensor til massemarkedet. "I fremtiden, den elektroniske næse kan være indbygget i alle elektriske enheder for at forhindre kabelbrande. Eller det kan bruges i smartphones. Når man skal på indkøb, alle kan være ledsaget af hans/hendes egen meget følsomme elektroniske næse, siger Sommer.

Hvad angår industriel fremstilling og salg, KIT er støttet af projektpartnerne JVI Elektronik og FireEater. Begge partnere samarbejdede med KIT under EU-projektet "SmokeSense" allerede i 2015 og udviklede en smart brandalarm baseret på en elektronisk næse. Den detekterer lavtemperatur-karbonisering og forbrændingsgasser og giver mulighed for en pålidelig analyse for at identificere det brændende materiale.