Vers gemalen koffie, popcorn, bioafval of rook – in de loop van het leven, we leren verschillende geuren kennen en dankzij onze neus, we onderscheiden en identificeren ze zelfs zonder hun bron te zien. Wetenschappers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben nu een sensor ontwikkeld die verschillende geuren kan aanleren. De "elektronische neus" moet geschikt zijn voor dagelijks gebruik en om mogelijke gevaren te ruiken, zoals smeulende kabels of bedorven voedsel, eerder dan een mens.

De menselijke neus bestaat uit ongeveer tien miljoen reukcellen met ongeveer 400 verschillende reukreceptoren. Deze receptoren nemen de geuren waar en genereren een specifiek signaalpatroon. De hersenen wijzen het signaalpatroon toe aan een bepaalde geur. "We gebruiken de biologische neus als model, " zegt dr. Martin Sommer, die het Smelldect-project coördineert bij KIT's Institute of Microstructure Technology. "In onze elektronische neus, nanovezels reageren op complexe gasmengsels – d.w.z. geuren – en genereren ook signaalpatronen, op basis waarvan de sensor de geuren identificeert." Het doel van Smelldect is om een ​​goedkope olfactorische sensor te ontwikkelen die geschikt is voor massaproductie en dagelijks gebruik.

De elektronische neus is slechts enkele centimeters groot. Het bevat de benodigde elektronica, inclusief de technologie om de gassen te evalueren. De "neus" bestaat uit een sensorchip die is uitgerust met nanodraden gemaakt van tindioxide op veel individuele sensoren. De chip berekent specifieke signaalpatronen uit de weerstandsveranderingen van de individuele sensoren. Deze zijn afhankelijk van de moleculen in de lucht, verschillen voor de verschillende geuren en, Vandaar, zijn karakteristiek en herkenbaar. Als een specifiek patroon eerder aan de chip is geleerd, de sensor kan de geur binnen enkele seconden identificeren.

Om het proces te starten, de onderzoekers gebruiken een light-emitting diode die in de sensorbehuizing is geïntegreerd en de nanodraden bestraalt met UV-licht. Als resultaat, de aanvankelijk zeer hoge elektrische weerstand van tindioxide neemt af, zodanig dat veranderingen in weerstand veroorzaakt door moleculen die verantwoordelijk zijn voor de geur en gehecht aan het tindioxide-oppervlak kunnen worden gedetecteerd. "Als de sensor een geur waarneemt, de weerstand neemt verder af. Als een geur verdwijnt, de elektrische weerstand neemt weer toe tot het beginniveau en de "neus" is klaar voor andere metingen, ' zegt Sommer.

De sensorchip kan een aantal verschillende geuren leren en, Vandaar, voor diverse doeleinden inzetbaar:In het huishouden voor de regeling van de omgevingslucht of als rookmelder, tijdens het winkelen om erachter te komen hoe vers de vis of het vlees is, om de kwaliteit van b.v. honing, of als een neus van een robot. "De moeilijkheid zit in het feit dat een geur niet altijd hetzelfde blijft. de geur van een roos in de zon verschilt van die van een roos in de regen, " zegt de natuurkundige. "Momenteel, we trainen de elektronische neus voor specifieke toepassingen die echter universeel kunnen worden gekozen."

De wetenschappers van het KIT willen een goedkope sensor ontwikkelen voor de massamarkt. "In de toekomst, de elektronische neus kan in alle elektrische apparaten worden ingebouwd om kabelbranden te voorkomen. Of het kan worden gebruikt in smartphones. Als u gaat winkelen, iedereen kan worden vergezeld door zijn/haar eigen zeer gevoelige elektronische neus, ' zegt Sommer.

Wat de industriële productie en verkoop betreft, KIT wordt ondersteund door de projectpartners JVI Elektronik en FireEater. Beide partners werkten al in 2015 samen met het KIT in het kader van het EU-project "SmokeSense" en ontwikkelden een slim brandalarm op basis van een elektronische neus. Het detecteert carbonisatie en verbrandingsgassen bij lage temperatuur en maakt een betrouwbare analyse mogelijk om het brandende materiaal te identificeren.