- Hunde werden traditionell aufgrund ihrer olfaktorischen Fähigkeiten für Aufgaben wie die Suche nach Sprengstoffen oder Überlebenden in Katastrophensituationen eingesetzt. Canaery entwickelt eine “Nasenschnittstelle”, die Tiere mit Technologie kombiniert, um Düfte ohne spezielles Training zu identifizieren. Das Array von Canaery erfasst neuronale Signale von Tieren und sendet diese an eine drahtlose Computereinheit, um Düfte zu entschlüsseln. Bisherige Tests mit Ratten zeigen, dass die Technologie in der Lage ist, verschiedene Chemikalien zu erkennen. Die Implantation der Technologie wirft Fragen zur Sicherheit und zum Tierschutz bei Hunden auf.
Dank ihrer exquisiten olfaktorischen Fähigkeiten werden Hunde seit Jahrhunderten eingesetzt, um Wild aufzuspüren und Kriminelle zu finden. An Flughäfen identifizieren sie Sprengstoffe und illegale Drogen. In Katastrophensituationen haben sie die Fähigkeit, Überlebende zu retten und menschliche Überreste zu finden. Dennoch kann jeder Hund nur darauf trainiert werden, eine Klasse von Geruchsmolekülen zu erkennen, was die Vielfalt der Düfte, die er wahrzunehmen vermag, einschränkt. Das Training ist kostspielig, in der Größenordnung von Zehntausenden von Euro, und nimmt mehrere Monate in Anspruch.
Technologische Fusion für universelle Nase
Ein innovativer Ansatz kommt von dem Startup Canaery aus Florida, das die Lösung darin sieht, Caniden mit Technologie zu verschmelzen, um alles von Bomben und Schmuggelware bis hin zu menschlichen Krankheiten und Umweltschadstoffen zu identifizieren – und das ganz ohne spezielles Training. Das Unternehmen entwickelt eine sogenannte “Nasenschnittstelle”, die in Echtzeit die Düfte entschlüsseln soll, die ein Tier wahrnimmt. Die Vision ist, dass ein einfacher Knopfdruck genügt, um eine Dampfprobe aufzunehmen und sofort eine Auswertung zu erhalten, so der Geschäftsführer Gabriel Lavella. Apropos Ursprung: Der Unternehmensname „Canaery“ leitet sich von dem Kanarienvogel ab, der einst zur Detektion von Giftgasen in Minen genutzt wurde.
Canaery’s Partnerschaft und Innovation
Canaery kooperiert mit dem Lawrence Livermore National Laboratory, einem Teil des US-amerikanischen Energieministeriums, um ein Array zu entwickeln, das Duftinformationen von Tieren erfasst. Dünner als ein Blatt Papier und nur ein Viertel so groß wie eine US-Briefmarke, wird das Array auf der Oberfläche des Riechkolbens des Tieres platziert, dem Empfangszentrum des Gehirns für Gerüche. Wenn ein Tier einen Duft aufnimmt, feuern die Neuronen im Riechkolben. Das Array sammelt diese neuronalen Signale und sendet sie an eine drahtlose Computereinheit, die sie entschlüsselt.
Bisher wurde das Array an Ratten getestet, während eine Version für Hunde in Arbeit ist. In einem exklusiven Demovideo führt eine Wissenschaftlerin mit einem Zauberstab eine Luftprobe von vier Petrischalen ein, die jeweils unterschiedliche Duftstoffe enthalten. Der Zauberstab piept und sendet die Duftmoleküle durch ein Rohr zu einer Ratte, die mit der Nasenschnittstelle ausgestattet ist. Sekunden nachdem das Tier den Duft erschnuppert hat, werden die Geruchsinformationen an ein Smartphone gesendet, das sich oberhalb der Kammer befindet. Eine mobile App zeigt den Namen der Verbindung an, die das Tier riecht, sowie eine Qualitätsbewertung, die die Genauigkeit und die Konzentration der Moleküle berücksichtigt.
Erweiterte olfaktorische Technologie
Aktuell kann der Prototyp von Canaery Accelleranten von Brandstiftung und Rauchpulver, das in Munition verwendet wird, sowie Methamphetamin, Kokain und Fentanyl erkennen. Bei Säugetieren arbeiten Nase und Gehirn zusammen, um Gerüche zu entdecken. Sobald Duftmoleküle in die Nasenöffnungen gelangen, binden sie sich an olfaktorische Rezeptoren. Menschen besitzen etwa 450 verschiedene Arten solcher Rezeptoren, während Hunde doppelt so viele haben. Jeder Geruch stimuliert unterschiedliche Kombinationen von Rezeptortypen, was ein spezielles elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal wird an den Riechkolben gesendet, um verarbeitet zu werden.
Canaery verwendet Künstliche Intelligenz (KI), um diese Muster zu erkennen und mit Düften in Verbindung zu bringen. Nachdem das Array implantiert wurde, setzen Wissenschaftler das Tier einem Geruch aus, um die KI-Modelle zu trainieren. Lavella betont, dass die Software in etwa drei Sitzungen trainiert werden kann. Während dieser Sitzungen präsentieren Wissenschaftler dem Tier über zwei Dutzend Proben desselben Geruchs. Später wird das Tier erneut dem Geruch ausgesetzt, um die KI-Modelle zu validieren.
Zukünftige Anwendungen und Herausforderungen
Die aktuelle Version des Array, das im Demorattus implantiert wurde, verfügt über 128 Elektroden, die neuronale Signale aus dem Riechkolben erfassen. Forscher am Lawrence Livermore National Laboratory arbeiten an einem neuen Array mit 767 Elektroden, um mehr Informationen erfassen zu können. Dieses fortschrittliche Gerät soll uns in die Lage versetzen, komplexen Hintergrundgerüchen und verwirrenden Dämpfen in der Luft noch besser auf den Grund zu gehen.
Geruchscodes zu dekodieren ist keineswegs ein neues Unterfangen. Forscher sind seit über 40 Jahren bestrebt, Technologien zur Erkennung von Gerüchen zu entwickeln. Diese Geräte nutzen chemische Sensoren, um Duftmoleküle in elektrische Signale umzuwandeln, die dann von einem Mustererkennungssystem analysiert werden, um die Quelle des Geruchs zu identifizieren. Historisch gesehen konnten diese Geräte jedoch nur eine begrenzte Auswahl an Düften erkennen. Canaery und ihre Partner stellen sich vielfältige Anwendungen für ihr Geruchserkennungssystem vor. Flughäfen und Kontrollpunkte sind wohl die offensichtlichsten Einsatzgebiete, aber die Technologie könnte auch zum Aufspüren von Eindringlingen, zur Identifikation von Umwelthazards oder zur Diagnostik von Krankheiten genutzt werden.
Trotz der vielversprechenden Möglichkeiten, die diese Technologie eröffnet, wirft die Implantation einer Nasenschnittstelle bei Hunden Fragen zur Sicherheit und zum Tierschutz auf. Während das Array bei Ratten über einen minimalinvasiven Eingriff in die Nase eingeführt werden kann, arbeitet das Unternehmen noch daran, wie es bei Hunden implantiert werden könnte. Zumindest bei Ratten verursacht das Array laut Lavella keine Gewebeschäden oder starke Immunreaktionen. Letztlich müssen die Vorteile dieser Technologie gegen mögliche Risiken für die Vierbeiner abgewogen werden.
