我們都知道，狗的嗅覺是很靈敏的，因此警犬在破案偵查中起著不小的作用。但可它能發(fā)揮的價值不僅僅如此，接下來這個例子是讓人感到意外的。近日，一組研究人員從狗的“嗅覺”氣味為靈感，開發(fā)出一種新的3D打印裝置，能夠檢測爆炸物和其他違禁品。據(jù)悉，這款新的3D打印裝置的敏感度是其他檢測系統(tǒng)的18倍。

當(dāng)我們談到狗是人類最好的朋友時，我們通常指的是動物的忠誠和友誼感，這也是犬成為地球上最廣泛馴養(yǎng)的動物之一。但狗也可以成為人類的朋友，在更嚴(yán)重的意義上：用他們難以置信的嗅覺。狗可以嗅出危險，如炸藥的痕跡或其他違禁品，甚至可以在災(zāi)區(qū)找到被困或受傷的人?？紤]到這一點(diǎn)，一群政府和大學(xué)研究人員試圖從狗的鼻子的不尋常的生理學(xué)為靈感，創(chuàng)建一個3D打印的嗅探裝置，可以大大提高商業(yè)上可用的爆炸物探測器的有效性。

這個3D打印研究項目背后是國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST），它與麻省理工學(xué)院林肯實驗室和美國食品和藥物管理局合作。這組研究人員最近在“科學(xué)報告”中發(fā)表了他們的研究結(jié)果，他們使用3D打印機(jī)創(chuàng)建了一個人工的“狗鼻”，用作商用爆炸物探測器的適配器。研究結(jié)果表明，3D打印附件在一定距離上改善了檢測達(dá)18次。

NIST的機(jī)械工程師和流體動力學(xué)家Matthew Staymates解釋說：“狗的鼻子是一個積極的空氣動力學(xué)采樣系統(tǒng)，真正實現(xiàn)吸取氣味。它使用流體動力學(xué)和夾帶來增加其在越來越遠(yuǎn)的距離的空氣動力學(xué)范圍內(nèi)采樣，應(yīng)用這種生物啟發(fā)的設(shè)計原理可以顯著改進(jìn)用于檢測爆炸物、麻醉劑、病原體 、癌癥的蒸氣取樣器。

為了增加機(jī)場等地方的安全性，通常使用痕量檢測裝置來試圖接觸爆炸裝置和其他危險設(shè)備的任何信號化學(xué)跡象。然而，這種裝置的有效性通常是有限的：除非檢測器的棒狀附件在爆炸痕跡上方掃描，否則它將不容易檢測出來。在努力改善痕量檢測方面，研究人員發(fā)現(xiàn)，在能夠準(zhǔn)確找到爆炸物、麻醉劑方面，狗的鼻子可以提供這方面的解決方案。

當(dāng)狗嗅覺以辨別某些氣味時，其實際上每秒呼出五次，以便吸入盡可能多的氣味劑，然后可以通過鼻子的3億個受體細(xì)胞來識別。在3D打印機(jī)的幫助下，NIST團(tuán)隊能夠創(chuàng)建這種生物系統(tǒng)的功能性復(fù)制品，精確地復(fù)制拉布拉多犬的鼻子的外部特征，包括其形狀、方向和鼻孔間距。

高速視頻和被稱為“紋影成像”的航空工程觀察技術(shù)用于測試3D打印的狗鼻子的功能，其被設(shè)計成以與狗相同的速度吸入和呼出。在呼氣期間，兩個鼻孔向下和向外發(fā)射空氣射流，其將攜帶蒸汽的空氣“吸入”鼻孔。然后，在吸入期間，空氣被抽吸通過鼻孔并進(jìn)入鼻子的內(nèi)部。大多數(shù)檢測裝置不使用這種交替的呼氣和吸氣方法，而是有利于連續(xù)的吸氣運(yùn)動。

令人難以置信的是，測試表明，3D打印的鼻子確實有助于提高設(shè)備的檢測能力。與使用連續(xù)吸入的痕量檢測裝置相比，使用人工嗅吸狗鼻子的采樣效率比距離10厘米（3.9英寸）的蒸汽源高出18倍，在20厘米（7.9英寸）的距離處比18倍更好。

“我們不是建議下一代蒸汽探測器看起來像一只狗的鼻子，”Staymates說，“可能有一種更聰明的方式來做到這一點(diǎn)，通過控制氣流和幾乎強(qiáng)迫空氣刷過這些傳感器的表面，而不是只是等待一些神奇降臨?！?/span>

鑒于該裝置的成功測試，研究人員決定裝配一個商業(yè)上可獲得的蒸汽檢測器，其具有3D打印入口，使其能夠以狗的自然嗅聞的速率“嗅探”，而不是以10秒的間隔標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)安裝3D打印附件時，在4厘米（1.6英寸）的間距處，氣味檢測提高了16倍。

“令人難以置信的是，他們的空氣采樣效率只是一個驚人的化學(xué)取樣器的原因之一，”Staymates說?！斑@只是其中一方面， 當(dāng)我們努力提高跟蹤檢測技術(shù)的靈敏度、準(zhǔn)確性和速度時，還有更多的要學(xué)習(xí)和模擬?！?/span>

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