用3D打印制造的狗鼻子模型進(jìn)行嗅聞的空氣動(dòng)力學(xué)分析
一項(xiàng)1日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》的生物技術(shù)研究論文稱，科學(xué)家利用3D打印的狗鼻子模型，分析了嗅聞背后的空氣動(dòng)力學(xué)，并利用新發(fā)現(xiàn)為爆炸物探測器制作了一個(gè)能像狗一樣嗅聞的氣體入口。該研究表明，改進(jìn)嗅聞方式可大幅提高氣體探測器對(duì)TNT炸藥等化學(xué)物質(zhì)的探測能力。
氣體探測器的原理是對(duì)氣體濃度進(jìn)行檢測，適用于存在可燃或有毒氣體的危險(xiǎn)場所，能長期連續(xù)檢測空氣中被測氣體爆炸下限以內(nèi)的含量。但在探測器運(yùn)作方式不改變的情況下，其探測能力始終受到一定制約。
在位于美國馬里蘭州的美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所，研究人員馬修·斯戴梅茨及其同事此次利用3D打印技術(shù)制造了一個(gè)模型。該模型無論是原型還是解剖結(jié)構(gòu)，都與狗鼻子極其相似。研究人員利用這一模型研究了犬類嗅聞過程中的外部空氣動(dòng)力學(xué)。
在氣體流動(dòng)可視化實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在嗅聞的呼氣階段，離開鼻子的氣流會(huì)將鼻前飽含蒸氣的氣體引入鼻孔中。同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)，比起連續(xù)吸氣，鼻子在嗅聞時(shí)的氣體探測能力可大幅增強(qiáng)，甚至高達(dá)18倍。
根據(jù)他們的新發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)為一種已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的蒸氣探測系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一個(gè)能模擬狗鼻子空氣動(dòng)力學(xué)原理的特制氣體入口。他們發(fā)現(xiàn)，與連續(xù)吸入空氣這種傳統(tǒng)氣體探測器常規(guī)運(yùn)作方式相比，采用嗅聞方式可以將探測TNT炸藥氣體的能力提升16倍。
論文作者最后指出，從犬類身上學(xué)到的這些知識(shí)，將有助于開發(fā)新一代氣體采樣儀，以更靈敏地對(duì)爆炸物和毒品進(jìn)行探測。