受嗅探警犬启发 美科学家研制人造狗鼻
时间:2017-12-08

   嗅探狗启发美国科学家开发人造狗的鼻子

  基于高分辨率磁共振成像的犬鼻三维计算流体动力学模型重建

  据美国“每日科学”网站2月15日报道,人类多年来凭借奇迹般的神奇嗅探犬,在机场嗅探爆炸物和毒品。表面上看,狗鼻子能闻到各种气味,无论是单味还是异味,其灵敏度都可以精确到万亿分之一。

  但是狗很贵,狗训练需要很长时间,有些环境对狗来说是非常危险的。所以最近研究人员开发了各种化学传感技术,或人造狗鼻。

  到目前为止,虽然这些发明仅限于在一定范围内使用,或者只能识别某些化学物质,但它们还是无法从混合化学物中辨别气味。

  几年前,由美国海军研究中心资助,宾夕法尼亚州应用力学实验室高级研究科学家,机械工程副教授埃里克·帕特森决定深入探讨流体力学的根本原因,并调查流体力学的基本原理气味传递的问题,同时提出要发展一种具有相同效应的机械效应。

  Patterson解释说,闻到嗅觉的气味通过狗的前庭,然后通过一个异常复杂的通道,这是一个关键的步骤,为数以百万计的嗅觉受体提供气味,在嗅觉上皮细胞中含有独特的蛋白质。闻起来的分子坚持这些受体,并发出一个大脑可以解释的信号。

  为了进一步了解这个过程,机械和核工程系的研究生Brent Crelay建立了一个基于狗呼吸道高分辨率磁共振成像的计算流体动力学模型Patterson报告说,这个模型使我们一些重要的事实,其中一个重要的发现是气味是如何传递到鼻腔的嗅觉区域的,我们的计算机模拟显示这些都是关于背侧耳道的,在嗅觉区域,气流顺畅地通过外侧粘液感受器,它将气味传递给感受器以获得最佳性能,并建立大脑可以解释的化学沉积模式。

  出于工作原因,Patterson和他的同事今年夏天被邀请参加RealNose,这是一个由美国国防部高级研究计划局资助的多机构研究项目,旨在创造一个模仿狗的嗅觉系统的机械鼻子。指出在完成这四项任务的初期阶段,首先要开发一个包括Patterson研究小组制定的气流和气味转移模型的气味处理系统,研究小组正在试图发展的第二个任务是气味检测系统,涉及使用从狗中提取的细胞进行基因工程生产嗅觉受体,Patterson希望这是该项目最具挑战性的部分。

  Patterson解释说,我们需要确定对各种化学物质产生反应的感受器,并有足够的感受器用于真实的感应器。该团队正在探索几种方法,包括将感受器储存在碳纳米材料上,将气味转换成电信号。模式识别系统将使机械鼻子识别复杂混合物中的特定气味。正如Patterson解释的,RealNose是一个典型的高风险,高投资项目。如果可销售的技术来源于研究,那么我们开发的机械鼻子就会嗅出毒品,爆炸物,生物和化学武器,甚至可以嗅出患者的身份。有趣的是,这个项目需要不同的技术力量。这是一个发现和未知的领域,因为它的实际应用肯定会影响到我们所有人的生活。

  美国“每日科学”网站报导原文(英文)