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3D打印的狗鼻子可以帮助检测爆炸物

时间:2016-12-03 14:26    来源: 中国3D打印网     作者: 未知

一组研究人员从狗的“嗅觉”气味开发出一种新的3D打印设备,能够检测爆炸物和其他违禁品比其他检测系统更有效18倍的方式的灵感。
当我们谈到狗是人类最好的朋友时,我们通常指的是动物的忠诚和友谊感,使犬成为地球上最广泛驯养的动物之一。但狗也可以成为人类的朋友,在更严重的意义上:用他们难以置信的嗅觉,狗可以训练嗅出危险,如痕迹的炸药或其他违禁品,甚至可以找到被困或受伤的人在灾区。考虑到这一点,一群政府和大学研究人员试图从狗的鼻子的不寻常的生理学的灵感,创建一个3D打印的嗅探装置,可以大大提高商业上可用的爆炸物探测器的有效性。 这个愚蠢的3D打印研究项目背后是国家标准与技术研究所(NIST),它与麻省理工学院林肯实验室和美国食品和药物管理局合作。这组研究人员最近在“科学报告”中发表了他们的研究结果,他们使用3D打印机创建了一个人工的“狗鼻”,用作商用爆炸物探测器的适配器。根据该组,3D打印附件在一定距离改善了检测达18次。 NIST的机械工程师和流体动力学家Matthew Staymates解释说:“这只狗是一个积极的空气动力学采样系统,真正实现和吸取气味。 “它使用流体动力学和夹带来增加其在越来越远的距离采样蒸汽的空气动力学范围。应用这种生物启发的设计原理可以导致显着改进的蒸气取样器用于检测爆炸物,麻醉剂,病原体 - 甚至癌症。 为了增加机场等地方的安全性,通常使用痕量检测装置来试图接触爆炸装置和其他危险设备的任何信号化学迹象。然而,这种装置的有效性通常是有限的:除非检测器的棒状附件在爆炸痕迹上方扫描,否则它将被忽视。在努力改善痕量检测方面,研究人员发现,能够准确找到爆炸物,麻醉剂,个人和几乎任何其他东西的狗都可以提供解决方案。
当狗嗅觉以辨别某些气味时,其实际上每秒呼出五次,以便“吸入”并吸入尽可能多的气味剂,然后可以通过鼻子的3亿个受体细胞来识别。在3D打印机的帮助下,NIST团队能够创建这种生物系统的功能性复制品,精确地复制女性拉布拉多犬的鼻子的外部特征,包括其形状,方向和鼻孔间距。 高速视频和称为“纹影成像”的航空工程观察技术用于测试3D打印的狗鼻子的功能,其被设计成以与狗相同的速度吸入和呼出。在呼气期间,两个鼻孔向下和向外发射空气射流,其将携带蒸汽的空气“吸入”鼻孔。然后,在吸入期间,空气被抽吸通过鼻孔并进入鼻子的内部。大多数检测装置不使用这种交替的呼气和吸气方法,而是有利于连续的吸气运动。 令人难以置信的是,测试表明,3D打印的鼻子确实有助于提高组选择的设备的检测能力。与使用连续吸入的痕量检测装置相比,使用人工嗅吸狗鼻子的采样效率比蒸汽源10厘米(3.9英寸)高出18倍,在20厘米(7.9英寸)的距离处高18倍,比狗状的“主动嗅探”技术。 “我们不是建议下一代蒸汽探测器看起来像一只狗的鼻孔,”Staymates说,但补充说,“通过控制气流和几乎强迫空气,可能有一个更聪明的方式刷过这些传感器的表面,而不是只是等待某物魔法着陆。 鉴于该装置的成功测试,研究人员决定装配一个商业上可获得的蒸汽检测器,其具有3D打印入口,使其能够以狗的自然嗅闻的速率“嗅探”,而不是以10秒的间隔标准在机器上)。当安装3D打印附件时,在4厘米(1.6英寸)的间距处,气味检测提高了16倍。 “他们令人难以置信的空气采样效率是狗为这样一个惊人的化学取样器的原因之一,”Staymates说。 “这只是一块拼图。当我们努力提高跟踪检测技术的灵敏度,准确性和速度时,还有更多的要学习和模拟。
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