美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员受犬类主动嗅探行为的启发,利用3D打印技术仿制狗鼻结构,显著提升了爆炸物检测仪器的灵敏度。该研究由流体动力学家马修·斯塔墨提斯(Matthew Staymates)领导,相关成果已发表。
高速摄像显示,犬类在嗅探时会先呼气再猛烈吸气,使气味微粒快速进入鼻腔,供约3亿个嗅觉受体细胞分析。研究团队据此设计了一种仿生采样装置,模仿母拉布拉多寻回犬的鼻子外形、方向及鼻腔结构,并通过3D打印制造。
在测试中,与传统连续吸气方式相比,主动嗅探技术将灵敏度提升4至18倍,具体取决于探头与气味源的距离。当将该装置集成到市售检测仪器中,并模拟犬类间歇性吸气模式(而非传统每10秒一次),在4厘米距离内灵敏度提升高达16倍。
斯塔墨提斯指出,犬类本身就是高效的空气动力学采样系统,其流体力学原理和吸气行为扩大了气味感知范围。该仿生装置有望用于检测爆炸物、毒品、病原体甚至癌症。研究团队将继续优化灵敏度、精确度和速度。