Uma equipe de cientistas utilizou uma impressora 3D para criar um nariz artificial de cão. Depois de usar o dispositivo como modelo para estudar a “aerodinâmica do farejamento”, eles conseguiram utilizá-lo para tornar 16 vezes mais eficientes as tecnologias atuais utilizadas para detectar explosivos e drogas.
Enquanto os sensores atuais se baseiam na sucção contínua para detectar vestígios de explosivos no ar, o nariz artificial, assim como os cães, realiza o que os cientistas chamam de “farejamento ativo”. Segundo os autores do estudo, o dispositivo poderá no futuro também detectar doenças.
A pesquisa, que teve seus resultados publicados nesta quinta-feira, 1º, na revista científica Nature, foi liderada pelo o engenheiro mecânico e especialista em dinâmica de fluidos Matthew Stayamates, do Instituto Nacional de Tecnologia e Padrões (NIST), em Maryland (Estados Unidos).
“Podemos ver o cão como um sistema de amostragem aerodinâmica ativa, que literalmente alcança e captura odores, disse um dos autores do estudo. Os cães utilizam a dinâmica de fluidos para aumentar o alcance aerodinâmico de seu olfato, a fim de obter amostras de vapores em distâncias cada vez maiores”, disse Stayamates.
“Com a aplicação desse princípio inspirado em um ser vivo, poderemos melhorar consideravelmente os amostradores de vapores para detectar explosivos, narcóticos, patógenos – e até mesmo câncer”, afirmou o cientista.
Em parceria com cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, a equipe liderada por Stayamates acoplou o adaptador inspirado no nariz de cão a um detector de explosivos disponível no mercado. O nariz canino artificial, feito em uma impressora 3D, permitiu o farejamento ativo, aprimorando a detecção de explosivos em até 18 vezes, dependendo da distância da fonte.
Desde o início da pesquisa os cientistas focaram na habilidade de farejamento dos cães, que, segundo eles, é o melhor detector de compostos químicos da natureza. Realizando experimentos de visualização de fluxos de gases, eles descobriram como funciona a dinâmica do ar que entra e sai do nariz do cão ao farejar.
A cada segundo, o cão exala e inspira o ar cinco vezes. Durante o farejamento, na fase de expiração, jatos de ar são expelidos com força pelo nariz, para fora e para baixo. Surpreendentemente, esse movimento do ar exalado para baixo faz com que o ar diante do nariz do animal, carregado de vapores, seja arrastado de volta em direção às narinas.
Na fase de inspiração, o ar que foi arrastado para perto do cão é tragado pelas narinas. Os aromas são então decodificados pelas 300 milhões de células receptoras presentes no nariz do animal.
Imitação
Para desenvolver o nariz artificial, os cientistas usaram um cão fêmea da raça Labrador retriever como modelo para a impressão 3D. Todas as características externas foram replicadas, incluindo o formato, a direção e o espaçamento entre as narinas. Os cientistas fizeram então o ar passar pelo nariz artificial na mesma taxa em que o cão inala e exala, permitindo uma imitação precisa do farejamento.
Nos experimentos de visualização de fluxo de gases, os cientistas utilizaram vídeos de alta velocidade associados a uma técnica amplamente empregada em engenharia aeronáutica para visualizar o fluxo de ar em torno de objetos como turbinas.
Usando técnicas de espectrometria de massas, os cientistas compararam o desempenho do nariz artificial de “farejamento ativo” e dos equipamentos de detecção de sucção contínua. A análise dos resultados mostrou que, a uma distância de 20 centímetros da fonte de odores, a detecção feita pelo nariz artificial foi 18 vezes mais eficiente. Depois, os cientistas acoplaram o nariz artificial a um detector disponível no mercado. O detector então obteve resultados 16 vezes melhores.
