Kamelnasen inspirieren zur Entwicklung eines neuen Feuchtigkeitssensors

Gerät kann zuverlässig Schwankungen der Luftfeuchtigkeit in Umgebungen wie Industrieabgasen und der die menschliche Haut umgebenden Luft feststellen

21.01.2022 - USA

Kamele sind dafür bekannt, dass sie mit wenig Wasser auskommen können. Sie sind auch sehr geschickt darin, in der riesigen Wüste etwas zu trinken zu finden, indem sie ihre Nasen als exquisite Feuchtigkeitsdetektoren einsetzen. In einer neuen Studie in ACS Nano beschreiben die Forscher einen Feuchtigkeitssensor, der von der Struktur und den Eigenschaften der Kamelnasen inspiriert ist. In Experimenten stellten sie fest, dass dieses Gerät zuverlässig Feuchtigkeitsschwankungen in Umgebungen wie Industrieabgasen und der die menschliche Haut umgebenden Luft erkennen kann.

Menschen müssen manchmal das Vorhandensein von Feuchtigkeit in der Luft feststellen, aber sie sind nicht so geschickt wie Kamele, wenn es darum geht, Wasser mit ihren Nasen zu spüren. Stattdessen müssen Menschen Geräte verwenden, um in trockenen Umgebungen Wasser zu orten, undichte Stellen zu erkennen oder Abgase in Industrieanlagen zu analysieren. Die derzeit verfügbaren Sensoren haben jedoch alle erhebliche Nachteile. Einige Geräte sind zwar langlebig, reagieren aber nur wenig empfindlich auf das Vorhandensein von Wasser. Außerdem kann das Sonnenlicht einige hochempfindliche Detektoren stören, so dass sie z. B. nur schwer im Freien eingesetzt werden können. Um einen langlebigen, intelligenten Sensor zu entwickeln, der selbst geringe Mengen von Wassermolekülen in der Luft erkennen kann, haben sich Weiguo Huang, Jian Song und ihre Kollegen die Nasen von Kamelen zum Vorbild genommen.

Schmale, schneckenartige Gänge in der Nase eines Kamels bilden eine große Oberfläche, die mit wasserabsorbierendem Schleim ausgekleidet ist. Um die Struktur mit großer Oberfläche in der Nase zu imitieren, schuf das Team ein poröses Polymernetzwerk. Darauf platzierten sie feuchtigkeitsanziehende Moleküle, so genannte Zwitterionen, um die Eigenschaft des Schleims zu simulieren, seine Kapazität bei wechselnder Feuchtigkeit zu verändern. In Experimenten erwies sich das Gerät als langlebig und konnte Schwankungen der Luftfeuchtigkeit in heißen Industrieabgasen überwachen, den Standort einer Wasserquelle ermitteln und die vom menschlichen Körper ausgehende Feuchtigkeit erkennen. Der Sensor reagierte nicht nur auf Veränderungen der Schweißbildung auf der Haut einer Person beim Sport, er erkannte auch die Anwesenheit eines menschlichen Fingers und konnte sogar dessen Weg in V- oder L-Form verfolgen. Diese Empfindlichkeit deutet darauf hin, dass das Gerät als Grundlage für eine berührungslose Schnittstelle dienen könnte, über die eine Person mit einem Computer kommunizieren könnte, so die Forscher. Darüber hinaus kann die elektrische Reaktion des Sensors auf Feuchtigkeit abgestimmt oder angepasst werden, ähnlich wie die Signale, die von menschlichen Neuronen ausgesendet werden - was es ihm ermöglichen könnte, durch künstliche Intelligenz zu lernen, so die Forscher.

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