Technologie im olfaktorischen System

Haben Sie jemals festgestellt, dass Ihre Sinne Sie ständig gegen mögliche Gefahren aus Ihrer Umgebung warnen? Wenn Sie zum Beispiel die Straße überqueren, schauen Sie beim Hören der Hupe eines mit hoher Geschwindigkeit herannahenden Autos unmittelbar in die Richtung des Geräusches. Somit vermeiden Sie einen Unfall, der ansonst fatal wäre.

Einige Gefahren befinden sich allerdings jenseits des Bereichs des Sehens und Hörens. In einigen Situationen vollführt der Geruchssinn eine warnende Funktion. Von all den potenziellen Gefahren in Ihrem Haus können Sie zum Beispiel allein durch den Geruchssinn ein Gasleck entdecken. Das erste Zeichen eines Feuers jenseits Ihres Gesichtsfeldes ist der Geruch von Rauch. Menschen mit schwachem oder nichtexistentem Geruchssinn sind angesichts solcher Situationen wehrlos.

Es wurden gewisse elektronische Geräte entwickelt, um gegen solche Gefahren zu warnen. Um diese zu entwerfen, wurde der menschliche Geruchssinn als Modell herangezogen. Danach hergestellte Gas- und Feuerdetektoren zum Beispiel sind bloß plumpe Imitationen der Nase.

(Abbildung 20) Das Bild zeigt die vergleichbar komplexe Struktur eines Rauchmelders. Das System in Geruchswahrnehmungszellen aber ist weitaus komplexer als jener.

 

Feuerdetektoren

(Abbildung 21) Einige Sensoren werden in elektronischen Nasen verwendet. Diese Sensoren wurden entworfen nach dem Vorbild der Rezeptoren in der menschlichen Nase, sind aber unvergleichlich simpler als jene.

Wie Sie wissen, reagieren Feuerdetektoren auf Rauchpartikel in der Luft und senden einen Warnalarm aus. Denken Sie an die nach dem Prinzip der Ionisierung funktionierenden Modelle. (Abbildung 20) Diese Geräte beinhalten ein spezielles mit Ionen angefülltes Detektions-Abteil – elektrisch geladene Partikel. Solange in das Gerät saubere Luft eintritt bleibt die elektrische Ladung der Partikel stabil. Wenn allerdings Rauch eintritt, werden die Ionen neutralisiert und der Fluss des elektrischen Stroms wird reduziert. Das Abfallen im Strom löst einen Buzzer oder anderen Alarm aus.

Das spezielle Fach in diesen elektrischen Geräten kann mit den Geruchsrezeptorzellen in der Nase verglichen werden. Sie haben bereits gesehen, wie sich die elektrische Ladung in den Rezeptorzellen in Folge eines komplexen Prozesses verändert, und wie daraufhin eine spezifische Meldung entsteht. Der Mechanismus im Geruchsdetektor ist ein eher primitives Modell des Wahrnehmungssystems in den Geruchsrezeptorzellen. Auch ist der Unterschied zwischen einem Feuerdetektor und der menschlichen Nase weitaus größer als der zwischen einem Raumschiff und einem Ochsenkarren.

 

Die elektronische Nase

Das menschliche olfaktorische System kann zwischen 10.000 verschiedenen Gerüchen unterscheiden. Ein Fachmann im Parfümgewerbe ist in der Lage ein Parfüm zu riechen, das 100 verschiedene Düfte enthält, und alle Bestandteile aufzuzählen.  Diese überlegene Schöpfung in der menschlichen Nase hat zahlreiche Wissenschaftler dazu angeregt ähnliche Apparate zu entwickeln, und zahlreiche Forschungs- und Entwicklungszentren weltweit versuchen das wunderbare Geruchswahrnehmungssystem der Menschen nachzuahmen. Ein in diese Richtung entwickeltes Modell ist bekannt als „elektronische Nase“.

Anstelle der aus Proteinen gemachten Rezeptoren der menschlichen Nase verwenden ihre elektronischen Entsprechungen eine Reihe chemischer Rezeptoren. (Abbildung 21) Jeder dieser Rezeptoren ist entworfen einen spezifischen Geruch zu entdecken; da ihre selektiven Fähigkeiten zunehmen, wird die Herstellung der Geräte schwieriger, und die Preise steigen. Die Sensoren sammeln Signale aus ihrer Umgebung und schicken sie an einen Computer. Elektronische Systeme können mit Nervenzellen im olfaktorischen System verglichen werden, und der Computer selbst als eine Imitation des menschlichen Gehirns. Der Computer ist dazu programmiert an ihn gesendete Daten zu analysieren. Dank ihm werden die Signale als binärer Code interpretiert. (Abbildung 22)

Auf solche Weise entwickelte elektronische Nasen werden auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, insbesondere in der Ess-, Parfüm- und chemischen Industrie, und der Medizin. Universitäten und internationale Organisationen liefern den größten Rückhalt für solche Projekte. Dennoch gilt, was Julian W. Gardner der Universität von Warwick sagt: „Wir befinden uns im Anfangsstadium der Technologie.“