Richtiger Riecher

Elektronische Nase soll Fälschungen erschnüffeln

Die Kombination von Sensoren und Materialien ermöglicht den künstlichen Geruchssinn.

(Bild: Amadeus Bramsiepe/KIT)

Eine „elektronische Nase“ könnte künftig bei der Unterscheidung bestimmter Pflanzen helfen und dann zum Beispiel Fälschungen teurer Teesorten entlarven. Auch ein Aufsatz für Smartphones sei denkbar, sodass man bei der Suche nach Pflanzen in der Natur den richtigen Riecher dabei habe, erläutert Christof Wöll vom Institut für Funktionale Grenzflächen am Karlsruher Institut für Technologie, wo die elektronische Nase in einer interdisziplinären Zusammenarbeit entwickelt wurde. „Das Mobiltelefon dient dann als Rechenzentrum.“

Bei der Entwicklung der elektronischen Nase orientierten sich die Forschenden so weit wie möglich am biologischen Vorbild: Die Geruchszellen, die beim Menschen Informationen über elektrische Impulse ans Gehirn geben, ersetzten sie durch insgesamt zwölf sogenannte Quartz-Crystal-Microbalance-Sensoren, die aus zwei Elektroden mit einem Quarzkristall bestehen. Solche Bauteile sind beispielsweise auch in Mobiltelefonen verbaut, da sie kostengünstig eine hohe Genauigkeit der Mobilfunkfrequenzen garantieren.

„Die Duftstoffe der Minze lagern sich auf der Oberfläche der Sensoren ab. Dadurch ändert sich deren Resonanzfrequenz, und wir erhalten eine Reaktion auf den jeweiligen Duft“, so Wöll in einer Mitteilung des Instituts. Die Materialien für die Sensoren wurden den Angaben zufolge unter anderem am KIT entwickelt und sind hochporös, sodass sie wie ein Schwamm viele Moleküle aufnehmen können. Eine Kombination unterschiedlicher Materialien bilde quasi ein neuronales Netzwerk.

Elektronische Nase könnte künftig auch Trüffel erkennen
Die elektronische Nase testeten die Wissenschaftler mit sechs verschiedenen Minzarten, darunter klassische Pfefferminze, Pferdeminze und Katzenminze. „Mit unterschiedlichen Methoden des maschinellen Lernens trainieren wir die Sensoren so, dass sie aus den gesammelten Daten den Fingerabdruck des jeweiligen Dufts erstellen und so die Düfte voneinander unterscheiden können“, erläutert Wöll. Nach jeder Duftstoff-Probe werde die Nase etwa eine halbe Stunde lang mit Kohlendioxid durchgespült, damit die Sensoren regenerieren.

Als nächstes könnte vielleicht mit Trüffeln trainiert werden, sagte Wöll. Derzeit denken die Entwickler seinen Angaben zufolge über die Gründung einer Firma nach, die konkrete Geräte für die Anwendung entwickelt. Hier seien auch Ingenieure gefragt. Letztlich seien etwa die angedachten Ergänzungen für Mobiltelefone für wenige Euro produzierbar - und damit deutlich günstiger und tragbarer als zum Beispiel große Anlagen für die sogenannte Massenspektrometrie.