3D列印的狗鼻子可以幫助檢測爆炸物，really？

近日，一組研究人員從狗的「嗅覺」氣味為靈感，開發出一種新的3D列印裝置，能夠檢測爆炸物和其他違禁品。據悉，這款新的3D列印裝置的敏感度是其他檢測系統的18倍。

當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的動物之一。但狗也可以成為人類的朋友，在更嚴重的意義上：用他們難以置信的嗅覺。狗可以嗅出危險，如炸藥的痕迹或其他違禁品，甚至可以在災區找到被困或受傷的人。考慮到這一點，一群政府和大學研究人員試圖從狗的鼻子的不尋常的生理學為靈感，創建一個3D列印的嗅探裝置，可以大大提高商業上可用的爆炸物探測器的有效性。

這個3D列印研究項目背後是國家標準與技術研究所（NIST），它與麻省理工學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「科學報告」中發表了他們的研究結果，他們使用3D印表機創建了一個人工的「狗鼻」，用作商用爆炸物探測器的適配器。研究結果表明，3D列印附件在一定距離上改善了檢測達18次。

NIST的機械工程師和流體動力學家Matthew Staymates解釋說：「狗的鼻子是一個積極的空氣動力學採樣系統，真正實現吸取氣味。它使用流體動力學和夾帶來增加其在越來越遠的距離的空氣動力學範圍內採樣，應用這種生物啟發的設計原理可以顯著改進用於檢測爆炸物、麻醉劑、病原體 、癌症的蒸氣取樣器。

為了增加機場等地方的安全性，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備的任何信號化學跡象。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迹上方掃描，否則它將不容易檢測出來。在努力改善痕量檢測方面，研究人員發現，在能夠準確找到爆炸物、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，以便吸入儘可能多的氣味劑，然後可以通過鼻子的3億個受體細胞來識別。在3D印表機的幫助下，NIST團隊能夠創建這種生物系統的功能性複製品，精確地複製拉布拉多犬的鼻子的外部特徵，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用於測試3D列印的狗鼻子的功能，其被設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射空氣射流，其將攜帶蒸汽的空氣「吸入」鼻孔。然後，在吸入期間，空氣被抽吸通過鼻孔並進入鼻子的內部。大多數檢測裝置不使用這種交替的呼氣和吸氣方法，而是有利於連續的吸氣運動。

令人難以置信的是，測試表明，3D列印的鼻子確實有助於提高設備的檢測能力。與使用連續吸入的痕量檢測裝置相比，使用人工嗅吸狗鼻子的採樣效率比距離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隻狗的鼻子，」Staymates說，「可能有一種更聰明的方式來做到這一點，通過控制氣流和幾乎強迫空氣刷過這些感測器的表面，而不是只是等待一些神奇降臨。」

鑒於該裝置的成功測試，研究人員決定裝配一個商業上可獲得的蒸汽檢測器，其具有3D列印入口，使其能夠以狗的自然嗅聞的速率「嗅探」，而不是以10秒的間隔標準。當安裝3D列印附件時，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，他們的空氣採樣效率只是一個驚人的化學取樣器的原因之一，」Staymates說。「這只是其中一方面， 當我們努力提高跟蹤檢測技術的靈敏度、準確性和速度時，還有更多的要學習和模擬。」