Vissa djur har en superkraft i sitt luktsinne. De utforskar, tolka och förstå sin värld med sådan känslighet att människor har anlitat hundar för att hjälpa till att lösa brott och upptäcka cancer i andningen. Forskare vid Georgia Institute of Technology söker nu in på hemligheterna bakom djurs supersniffare för att utveckla en konstgjord kemisk sensor som kan användas för en mängd olika uppgifter, från livsmedelssäkerhet till nationell säkerhet.

"Vi vände oss till djur för att förstå vad naturen redan har listat ut, sa Thomas Spencer, en doktorand i David Hus labb vid Georgia Tech. "Vi tillämpar de underliggande principerna som vi lärde oss om dessa mekanismer för att designa en bättre sensor."

Spencer kommer att presentera gruppens senaste design för en elektronisk näsa som koncentrerar lukter för förbättrad kemisk avkänning vid American Physical Society's Division of Fluid Dynamics 71st Annual Meeting, som kommer att äga rum 18-20 november på Georgia World Congress Center i Atlanta, Georgien.

Deras arbete började olyckligt vid en tävling för att utveckla en sensor som kunde identifiera olika sorters ost. Att vända sig till naturen för att vägleda deras arbete, de reste till Atlanta Zoo för att jämföra hur olika djur snusar, från möss till elefanter.

"Vi ville mäta sniffningsfrekvensen hos djur när de försöker identifiera en ny källa till mat eller något som intresserar dem, " sa Spencer.

Efter att ha granskat uppgifterna, de fann att sniffningshastigheten minskar när kroppsstorleken ökar; uttryckt på ett annat sätt, möss nosar snabbare än elefanter. Med hjälp av sina resultat, de designade en skräddarsydd pump som svänger fram och tillbaka med samma frekvens som djur nosar. Designen på deras enhet flyttar luftflödet runt den kemiska sensorn på ett mer kontrollerat sätt.

"Dessa fynd är viktiga eftersom det ger oss insikt i fysik av sniffning, sa Hu, en docent i maskinteknik och biologi vid Georgia Tech. "Denna information kommer att påverka hur vi skalar upp sniffningsmaskiner."

Eftersom lukt är osynlig, teamet använde vindtunnelexperiment och datorsimuleringar för att analysera hur luktpartiklarna rörde sig genom luften. Dessutom, de samlade sensorinformation i realtid för att se hur de kemiska föreningarna varierar i luften i rum och tid.

Medan teamet ursprungligen designade den elektroniska näsan för att särskilja olika ostsorter, de grundläggande principerna bakom deras enhet kan användas i många olika tillämpningar.

"Detta är fortfarande en ganska ny studie, "Sade Spencer. "Vårt hopp är att få en bit av den förmågan och replikera den för oss själva."

Adams Clark gick med Spencer och Hu i denna studie. De fick finansiering från National Science Foundation.