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3D打印狗的鼻子改善了蒸汽检测

导读 这只狗是一种活跃的空气动力学采样系统,可以直接吸收并吸收气味,美国国家标准与技术研究院(NIST)的机械工程师兼流体动力学家Matthew Sta

这只狗是一种活跃的空气动力学采样系统,可以直接吸收并吸收气味,”美国国家标准与技术研究院(NIST)的机械工程师兼流体动力学家Matthew Staymates解释道。“它利用流体动力学和夹带来增加其对越来越远的样品蒸汽的空气动力学范围。应用这种生物启发设计原则可以显着改善蒸汽采样器,用于检测爆炸物,麻醉剂,病原体 - 甚至癌症。“

继大自然领导之后,来自NIST,麻省理工学院林肯实验室和美国食品和药物管理局的Staymates和同事在商用爆炸物探测器的前端安装了一个狗鼻灵感的适配器。添加在3-D打印机上制作的人造狗 - 使主动嗅探能够将气味检测提高18倍,具体取决于与源的距离。

现在在进入和离开点(例如机场和海港)以及其他敏感位置使用的跟踪检测设备通常采用被动采样。实例包括需要擦拭手或其他表面然后使样品通过化学检测器(通常是离子迁移谱仪)的设备。类似魔杖的蒸汽探测器可以提供更多的采样移动性,但除非探测器在其上方扫描,否则炸弹制造成分的化学特征将被忽视。

为了揭示如何提高痕量检测能力的线索,研究人员转向了自然界最好的化学探测器之一:狗。通过对先前研究的回顾,该团队提炼了嗅闻期间发生的事情。每秒五次,狗呼气伸出,拉动然后吸气,以提供充满香气的鼻子,用于解码约3亿个受体细胞。

使用3D打印机,Staymates复制了女性拉布拉多犬鼻子的外部特征,包括鼻孔的形状,方向和间距。以与狗吸气和呼气相同的速度通过人工鼻子移动空气使他们能够模仿空气采样或嗅探狗。

通过探测成像 - 一种广泛用于航空工程的技术来观察物体周围的空气流和高速视频,该团队首先证实他们的模仿鼻子确实可以像真实的东西一样嗅到,这是以前的研究中记录的属性。活狗。

随着每次嗅闻,空气喷嘴从两个鼻孔中出来,向下和向外移动。虽然它看似违反直觉,但是空气喷射器会夹带或吸入含有蒸气的空气朝向鼻孔。在吸入期间,夹带的空气被拉入每个鼻孔。

该团队的第一组实验将他们的“主动嗅探”人造犬鼻子的空气采样性能与依赖连续抽吸的痕量检测设备的空气采样性能进行了比较。与实时监测质谱仪一起使用的吸入系统进行的头对头比较发现,使用嗅探人造狗鼻子的采样效率比距离蒸汽源10厘米(3.9英寸)好4倍。距离为20厘米(7.9英寸)。

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