Scentronic: Forscher:innen machen Düfte digital übertragbar

Bilder und Töne reisen seit Jahrzehnten in Echtzeit um die Welt. Smartphones übertragen inzwischen sogar Berührungen als Vibration. Ein Sinn blieb bei der digitalen Kommunikation bisher außen vor: der Geruchssinn. Dabei prägt er, wie wir Essen, Orte und Erinnerungen wahrnehmen. Forscher:innen um Chunyu Yang und Jinghua Li von der Ohio State University haben gemeinsam mit dem Zhejiang Laboratory in China ein System entwickelt, das einen Duft an einem Ort erkennt und an einem anderen wieder freisetzt. Sie stellen es im Fachmagazin Science Advances vor.

Eine elektronische Nase mit sechs Zinndioxid-Sensoren

Am sendenden Ende sitzt eine elektronische Nase: eine runde Platine mit sechs Gassensoren aus Metalloxid, hauptsächlich Zinndioxid. Sauerstoff auf der Sensoroberfläche erhöht deren elektrischen Widerstand. Treffen flüchtige organische Verbindungen wie Ethanol, Limonen oder Diacetyl auf, geben sie Elektronen ab und senken den Widerstand. Jede Duftquelle erzeugt dabei ein eigenes Spannungsmuster, eine Art chemischen Fingerabdruck.

Das Team nahm für fünf Kategorien jeweils 50 Messungen über 200 Sekunden auf: Bier, Kuchen, Kaffee, Orangen und Rotwein. Mit den 250 Datensätzen trainierten die Forscher:innen mehrere Machine-Learning-Modelle und verglichen sie. Je nach Verfahren ordneten die Modelle die Gerüche zu 96 bis 100 Prozent richtig zu. Ein Cloud-Server schickt das Ergebnis, etwa „Kaffee“, anschließend an den Empfänger.

Ultraschall-Zerstäuber setzen vorgefüllte Düfte frei

Dort übernimmt das Gerät namens Scentronic. Es enthält winzige Kammern mit vorbereiteten Duftflüssigkeiten, jede mit eigenem Auslass. Ein Baumwollfilter leitet die Flüssigkeit zu einem piezoelektrischen Zerstäuber, der mit rund 110 Kilohertz schwingt und einen feinen Nebel erzeugt. Ein ESP32-Mikrocontroller steuert die Sprühimpulse. So regelt er die Duftmenge und mischt mehrere Kanäle in unterschiedlichen Anteilen. Neue Gerüche synthetisiert Scentronic allerdings nicht. Das Gerät gibt nur die fünf vorab geladenen Düfte ab, die zur Einordnung der KI passen.

Die Forscher:innen bauten drei Varianten: ein Armband mit zwei Kanälen, eine Halskette mit fünf perlenartig aufgereihten Kanälen und ein Handgerät mit fünf Kanälen. Mit dem Handgerät testeten sie das System an 14 Freiwilligen. Rund 73 Prozent erkannten einzelne Düfte richtig, 71 Prozent auch Kombinationen aus zwei Gerüchen. Die Intensität ordneten die Teilnehmenden nur in etwa 59 Prozent der Fälle korrekt ein.

Ein Becher für virtuelles Bier und Kaffee

Zusätzlich entwickelte das Team einen Becher mit fünf Duftkanälen und fünf elektromagnetischen Minipumpen, die Aromaflüssigkeit ins Wasser geben. Wer mit einem Mixed-Reality-Headset ein virtuelles Bier oder einen Kaffee auswählt, riecht und schmeckt das passende Getränk. Die Gruppe sieht Einsatzmöglichkeiten für Patient:innen mit Ernährungsproblemen, für Astronaut:innen mit eintöniger Raumfahrtnahrung und für Soldat:innen mit Feldrationen. Ärzt:innen könnten mit solchen Geräten außerdem den Geruchssinn prüfen, indem sie die Duftstärke variieren.

Bis zum Alltagseinsatz bleibt viel zu tun. Die elektronische Nase kennt nur fünf Kategorien, jede an einem einzigen Produkt trainiert. Ein unbekanntes Parfüm kann sie weder analysieren noch nachbilden. Online-Shops könnten Kund:innen zwar Düfte vor dem Kauf schnuppern lassen, das setzt aber die passende Kartusche beim Empfänger voraus. Das Team plant empfindlichere Sensoren, größere Trainingsdatensätze und mehr Duftkanäle, damit das System auch komplexe Mischungen bewältigt.

 

via American Association for the Advancement of Science via EurekAlert