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星鼻鼹鼠的水下嗅探模仿化学检测'电子鼻'

2019-05-27

  世界上最奇异的生物之一,星鼻痣,有几种不同寻常的能力。其中一个是通过吹泡泡在水下“嗅”并迅速重新吸入它们。但这个小小的派对不只是为了娱乐; 它意味着通过水检测猎物的气味。

  痣的“星”鼻子有一圈微小的粉红色触手,是任何哺乳动物中最敏感的已知触觉器官。

  佐治亚理工学院物理学博士生Alexander B. Lee与机械工程教授David Hu合作,将在美国第70届年会期间探讨明星鼹鼠的不寻常水下嗅探能力。物理学会流体动力学部,2017年11月19日至21日,在科罗拉多州丹佛市。这项工作是制造水下“电子鼻”的一部分 - 一种装有气体传感器并吸入异味的装置 - 来检测化学物质。

  “我们怀疑鼹鼠的'明星'鼻子在允许其水下嗅探方面发挥作用,”李说。

  为了对这一理论进行测试,Lee及其同事使用激光切割塑料星并将它们粘在注射器上,以测量塑料星在释放气泡之前可以倾斜的最大角度。由于这些臂之间的浮力抵消了倾斜的影响,这颗恒星的“手臂”充当了锚,将气泡固定到位。

  “我们发现恒星的间隙有助于保持气泡集中在注射器上,”李说。“浮力试图将气泡拉向各个方向的每个间隙。同时,表面张力使气泡保持在一起。这些相反的力量可以防止气泡被撞掉,从而可以将气泡吸回来。”

  这些发现使该小组能够制造出一种“鼹鼠灵感”的水下嗅探装置,该装置依靠气泡的振荡来供给金属氧化物化学传感器,有助于使机器嗅觉更接近水下应用。

  最终目标是为他们的电子鼻配备水下使用的气体传感器,因为它们提供了优于化学传感器的优势:不需要直接接触化学源。

  “直接接触会将传感器暴露在刺激性化学物质中,从而导致系统受损,”Lee说。“气体传感器的使用时间也更长。就像将舌头直接粘在一种未知的化学物质上,而不是将化学物质吹向鼻子一样。”

  在该组的电子鼻准备好在水下检测化学品之前,还需要做更多的工作,但是他们已经取得了很大的进展。他们建造了一个电子鼻子,用来嗅奶酪,需要修改才能在水下嗅闻。

  “目前,我们知道有三种哺乳动物能够进行这种水下嗅探,但我们预计这种行为可能在小型半水生哺乳动物中很常见,”Lee说。“更好地了解允许星鼻鼹鼠在水下嗅探的原因可能有助于将我们带到具有相同能力的其他物种。”

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