Al imitar cómo los perros obtienen su olor, un equipo de investigadores del gobierno y la universidad han demostrado que el "olfateo activo" puede mejorar en más de 10 veces el rendimiento de las tecnologías actuales que dependen de la succión continua para detectar trazas de explosivos y otro contrabando.
"El perro es un sistema de muestreo aerodinámico activo que literalmente alcanza y agarra los olores", explicó Matthew Staymates, ingeniero mecánico y dinámico de fluidos en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST. "Utiliza dinámica de fluidos y arrastre paraaumentar su alcance aerodinámico a los vapores de muestra a distancias cada vez más grandes. La aplicación de este principio de diseño bioinspirado podría conducir a muestreadores de vapor significativamente mejorados para detectar explosivos, narcóticos, patógenos, incluso cáncer ".
Siguiendo el ejemplo de la naturaleza, Staymates y colegas del NIST, el Laboratorio Lincoln del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Instalaron un adaptador inspirado en la nariz de perro en la parte delantera de un detector de explosivos disponible en el mercado.- Hecho en una impresora 3-D - para permitir la detección activa de olfato mejorada hasta 18 veces, dependiendo de la distancia desde la fuente.
Los dispositivos de detección de rastreo ahora utilizados en los puntos de entrada y salida, como aeropuertos y puertos marítimos, y otros lugares sensibles, generalmente emplean muestreo pasivo. Los ejemplos incluyen equipos que requieren frotarse las manos u otras superficies y luego pasar la muestra a través de un detector químico -normalmente un espectrómetro de movilidad iónica. Los detectores de vapor tipo varita se adaptan a una mayor movilidad de muestreo, pero a menos que el detector escanee inmediatamente por encima de él, la firma química de un ingrediente para fabricar bombas pasará desapercibida.
Con el objetivo de descubrir pistas sobre cómo mejorar las capacidades de detección de trazas, los investigadores recurrieron a uno de los mejores detectores químicos de la naturaleza: el perro. A través de su revisión de estudios anteriores, el equipo destiló lo que ocurre durante el olfateo. Cinco veces por segundo, los perros exhalanpara alcanzar, jalar e inhalar para obtener una nariz llena de aromas para decodificar por unos 300 millones de células receptoras.
Con una impresora 3-D, Staymates reprodujo las características externas de la nariz de un labrador retriever, incluida la forma, dirección y espacio de las fosas nasales. Mover aire a través de la nariz artificial a la misma velocidad que un perro inhala y exhala permitepara imitar el muestreo de aire, o el olfateo, de los perros.
Con las imágenes schlieren, una técnica ampliamente utilizada en ingeniería aeronáutica para ver el flujo de aire alrededor de los objetos, y el video de alta velocidad, el equipo confirmó primero que su nariz de imitación podía oler de manera muy real, una propiedad documentadaen estudios previos de perros vivos.
Con cada olfateo, los chorros de aire salen de ambas fosas nasales, moviéndose hacia abajo y hacia afuera. Aunque parezca contradictorio, los chorros de aire arrastran o arrastran aire cargado de vapor hacia las fosas nasales. Durante la inhalación, el aire arrastrado estirado en cada fosa nasal
El primer conjunto de experimentos del equipo comparó el rendimiento de muestreo de aire de su nariz artificial de perro "olfateando activamente" con la de los dispositivos de detección de trazas que dependen de la succión continua. La comparación cabeza a cabeza con un sistema de inhalación utilizado con unEl espectrómetro de masas de monitoreo en tiempo real descubrió que la eficiencia de muestreo con el olfato artificial de la nariz del perro era cuatro veces mejor a 10 centímetros 3.9 pulgadas de la fuente de vapor y 18 veces mejor a una distancia de separación de 20 centímetros 7.9 pulgadas.
Sobre la base de esos resultados, el equipo eligió equipar un detector de vapor disponible en el mercado con una entrada impresa en 3D con inspiración biológica que le permitiría oler como un perro, en lugar de inhalar solo en intervalos de 10 segundos, elmodo de funcionamiento normal del dispositivo. El interruptor resultó en una mejora en la detección de olores por un factor de 16 a una distancia de separación de 4 centímetros 1,6 pulgadas.
"Su increíble eficiencia de muestreo de aire es una de las razones por las que el perro es una muestra química increíble", dijo Staymates. "Es solo una pieza del rompecabezas. Hay mucho más que aprender y emular mientras trabajamos para mejorar elsensibilidad, precisión y velocidad de la tecnología de detección de trazas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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