Nymalet kaffe, popcorn, bioavfall eller rök – under livets gång, vi lär känna olika dofter och tack vare vår näsa, vi särskiljer och identifierar dem även utan att se deras källa. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu utvecklat en sensor som kan läras in olika dofter. Den "elektroniska näsan" ska vara lämpad för dagligt bruk och lukta potentiella faror, som rykande kablar eller bortskämd mat, tidigare än en människa.

Den mänskliga näsan består av cirka tio miljoner luktceller med cirka 400 olika luktreceptorer. Dessa receptorer uppfattar dofterna och genererar ett specifikt signalmönster. Hjärnan allokerar signalmönstret till en viss lukt. "Vi använder den biologiska näsan som modell, " säger Dr Martin Sommer, som koordinerar Smelldect-projektet vid KIT:s Institute of Microstructure Technology. "I vår elektroniska näsa, nanofibrer reagerar på komplexa gasblandningar – d.v.s. dofter – och genererar även signalmönster, på basis av vilken sensorn identifierar dofterna." Syftet med Smelldect är att utveckla en billig luktsensor lämpad för massproduktion och daglig användning.

Den elektroniska näsan är bara några centimeter stor. Den innehåller den elektronik som behövs, inklusive tekniken för att utvärdera gaserna. "Nosan" består av ett sensorchip utrustat med nanotrådar gjorda av tenndioxid på många enskilda sensorer. Chipet beräknar specifika signalmönster från resistansförändringarna hos de enskilda sensorerna. Dessa beror på molekylerna i omgivande luft, skiljer sig åt för de olika dofterna och, därav, är karakteristiska och igenkännbara. Om ett specifikt mönster har lärts ut till chippet tidigare, sensorn kan identifiera doften inom några sekunder.

För att starta processen, forskarna använder en ljusemitterande diod som är integrerad i sensorhuset och bestrålar nanotrådarna med UV-ljus. Som ett resultat, den initialt mycket höga elektriska resistansen hos tenndioxid minskar, så att förändringar i motståndet orsakade av molekyler som är ansvariga för lukten och fästa vid tenndioxidytan kan upptäckas. "När sensorn uppfattar en lukt, motståndet minskar ytterligare. Om en lukt försvinner, det elektriska motståndet ökar igen till den ursprungliga nivån och "näsan" är redo för andra mätningar, säger Sommer.

Sensorchippet kan lära sig ett antal olika dofter och, därav, kan användas för olika ändamål:I hushållet för styrning av omgivande luft eller som brandvarnare, under shopping för att ta reda på hur färsk fisken eller köttet är, att kontrollera kvaliteten på t.ex. honung, eller som en näsa på en robot. "Svårigheten består i att en doft inte alltid förblir densamma. Till exempel, lukten av en ros i solen skiljer sig från den av en ros i regn, " säger fysikern. "För närvarande, vi tränar den elektroniska näsan för specifika användningsområden som dock kan väljas universellt."

Forskarna vid KIT vill utveckla en lågkostnadssensor för massmarknaden. "I framtiden, den elektroniska näsan kan vara inbyggd i alla elektriska enheter för att förhindra kabelbränder. Eller så kan den användas i smartphones. När du ska shoppa, alla kan åtföljas av sin egen mycket känsliga elektroniska näsa, säger Sommer.

När det gäller industriell tillverkning och försäljning, KIT stöds av projektpartnerna JVI Elektronik och FireEater. Båda partnerna samarbetade med KIT under EU-projektet "SmokeSense" redan 2015 och utvecklade ett smart brandlarm baserat på en elektronisk näsa. Den detekterar lågtemperaturförkolning och förbränningsgaser och möjliggör en tillförlitlig analys för att identifiera det brinnande materialet.