Собачий нос, напечатанный на 3D-принтере, оказался эффективнее всех детекторов
Верные спутники криминалистов и кинологов – собаки – вдохновили учёных на создание нового прибора, который поможет специалистам в обнаружении не только взрывчатых и наркотических веществ, но и, возможно, некоторых заболеваний.
Собачий нос представляет собой сложную систему из 300 миллионов обонятельных клеток (для сравнения: у человека их около шести миллионов) и вомероназального органа (периферического отдела дополнительной обонятельной системы). Собаки – ярчайшие представители макросматов, то есть млекопитающих с максимально хорошо развитым обонянием. Обонятельных генов, кодирующих белки обонятельных рецепторов, у собак насчитывается не меньше тысячи. По этому показателю их превосходят лишь немногие животные (к примеру, крысы, у которых их около полутора тысяч и которых российские специалисты тренируют для поиска бомб и наркотиков).
Именно столь сложная обонятельная система собачьего носа легла в основу нового изобретения: учёные из Национального института стандартов и технологий США (National Institute of Standards and Technology, NIST) задумали "распечатать нос собаки" на 3D-принтере. Разработка была создана совместно с коллегами из Лаборатории Линкольна Массачусетсткого технологического института, а также специалистами из Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).
Получившийся искусственный нос в 10-18 раз (в зависимости от источника запаха и расстояния до него) превосходит по производительности современные технологии. В последнем случае обычно происходит непрерывное всасывание воздуха для обнаружения следов тех или иных частиц (в основном речь идёт о взрывчатых соединениях и наркотиках).
Новая разработка представляет собой насадку для уже имеющихся детекторов, которые, как правило, производят пассивный отбор проб со "вдохом" каждые десять секунд (собака же выдыхает пять раз в секунду, а затем делает глубокий вдох, пропуская собранные "ароматы" к рецепторам для распознавания).
Используя 3D-принтер, учёные скопировали внешние черты носа собаки породы лабрадор ретривер, включая форму, направление и расположение ноздрей. Самое главное отличие новинки – в искусственном носу воздух перемещается с той же скоростью, с которой вдыхает и выдыхает собака (на видео ниже заметно, что имитация "нюхает", подобно животному).
Эксперименты показали, что "трёхмерный нос" оказался в четыре раза чувствительнее простого детектора при распознавании запаха на расстоянии 10 сантиметров и в 18 раз – на расстоянии 20 сантиметров.
Кроме того, 3D-нос исключает опасность искажения результатов из-за человеческого фактора, ведь собаки при поиске ориентируются на хозяина, чувствуют его настроение и стараются ему угодить.
Подробнее о своей работе авторы рассказывают в статье, опубликованной в издании Scientific Reports.
Планируется, что разработка будет использоваться в ходе поисково-спасательных операций, а также в медицине.
Напомним, что способности собак отличать больных и здоровых людей по запаху изучаются уже более 20 лет. К примеру, исследования доказали, что собачий нос различает рак мочевого пузыря, рак крови и даже пониженный уровень сахара в крови.
Ранее "Вести.Наука" также писали, что в Африке гигантских крыс обучили вынюхивать туберкулёз. Тем временем неослабевающая террористическая угроза заставила инженеров создать саранчу-киборга на пульте управления, которая поможет искать взрывчатку, а биологов – вывести "антиминных" пчёл.