TRÄUMEN ROBOTER VON ELEKTRONISCHEN NASEN?

Roboter haben Kamera-Augen und Mikrophon-Ohren und einen Lautsprecher-Mund. Ein Riechsensor fehlte bislang. Nun haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine elektronische Nase entwickelt, mit denen ein Computer auch Düfte und Gerüche verarbeiten kann.

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Joachim Bessing: Lieber Herr Dr. Sommer, erklären Sie bitte ihre Erfindung.

Dr. MARTIN SOMMER: Es handelt sich um eine sogenannte elektronische Nase. Wir können damit Gerüche wahrnehmen, wir können die Gerüche abspeichern und hinterher wiedererkennen. Die Hauptidee bei dieser Entwicklung ist, dass die elektronische Nase möglichst preiswert ist. Das eigentliche Gerät ist ein kleiner Chip. Der Fachmann wird mit der Bezeichnung »Metalloxidsensor« etwas anfangen können. Die geruchsempfindlichen Bestandteile sind Nanofasern aus Zinndioxid. Unser Vorbild ist die biologische Nase: Sie zum Beispiel haben in ihrer Nase etwa drei Millionen Riechzellen. Das hört sich nach einer ganzen Menge an, aber es sind letztlich nur etwa 400 verschiedene Arten dieser Zellen. Wenn jetzt ein Geruch durch ihre Nase strömt, werden die Geruchzellen angesprochen und produzieren ein Signalmuster in ihrem Gehirn. Sie haben irgendwann einmal gelernt, dieses Signalmuster als Geruch zu interpretieren — sei es als Rosenduft, sei es als sauer gewordene Milch. Etwas in der Art haben wir jetzt entwickelt. Wir haben aber keine 400 verschiedenen Geruchsrezeptoren auf unserem Chip, sondern nur ganze 16. Das reicht aber aus, um ein Signalmuster erzeugen zu können, das der Computer abspeichern kann.

JB: Ist das eine Art MP3 eines Duftes, die den Computer erreicht?

MS: Nein. Wir haben lediglich die Dimensionalität des Signalraumes reduziert. 400 Dimensionen in der biologischen Nase des Menschen sind ja eine ganze Menge. Da gibt es viel Redundanz. Dass unser Chip vergleichsweise wenige Untersensoren besitzt, hat vor allem mit der preiswerten Herstellungsweise zu tun. Unsere Zielgruppe ist der Massenmarkt. Technologisch wäre es überhaupt kein Problem viel mehr von diesen Sensoren auf den Chip zu setzen. Das käme seiner Geruchsempfindlichkeit zu gute.

JB:Was wäre ein Anwendungsbeispiel für die elektronische Nase auf dem Massenmarkt?

MS: Geruch ist allgegenwärtig aber leider etwas unterrepräsentiert, was die maschinelle Sensorik betrifft. Wir haben Kameras, Mikrophone und Lagesensoren in unseren Smartphones. Aber riechen können unsere Geräte nicht. Wir wollten die Welt der Sensorik um das Riechen bereichern. Zum Beispiel haben wir eine Kooperation mit einer dänischen Firma, da geht es um die Qualität von Fisch. Bei Fisch-Auktionen wird überprüft, wie alt der Fang ist. Ob der Fisch schon einen halben Tag älter ist, macht sich im Preis deutlich bemerkbar. Ein Auktionator, der die Frische der Ware nachweisen kann, hat einen erheblichen finanziellen Vorteil. Deshalb ist man an dieser Front sehr an unserer Entwicklung interessiert.

JB: Ich denke natürlich sofort an die Abschaffung des Hundes! Der Spürhund und der Drogensuchhund werden arbeitslos.

MS: Im Prinzip: ja. Der Sensor ist durchaus in der Lage den Duft von Drogen zu erschnüffeln, oder den Duft von Sprengstoffen.

JB: Und Leichen!

MS: Das würde womöglich auch gehen, haben wir im Labor noch nicht so detailliert getestet. Die elektronische Nase läßt sich auf beinahe jedes denkbare Problem anlernen.

JB: Wenn jemand verschwunden ist, könnte man ihrer elektronischen Nase ein Kleidungsstück vorsetzen und eine mit dem Sensor ausgestattete Drohne schwärmt dann aus in den Wald und spürt den Menschen auf.

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JB: Ein Shazam für Düfte! Die Musikerkennungssoftware aus dem Jahr 2002 hat ja anfänglich auch kaum etwas erkannt. Aber je mehr User Shazam benutzten, desto mächtiger wurde die Datenbank. Das neueste Smartphone von Google hat sogar eine Musikerkennungssoftware, die ohne Internetverbindung funktioniert. Die Strukturen von einigen zehntausend Musikstücken sind programmiert.

MS: In ähnlicher Art und Weise arbeiten wir auch. Ein Geruch wird bei uns aber nicht bloß durch die Rohdaten beschrieben. Physikalisch messen wir Widerstände und Widerstandsänderungen. Dann verarbeiten wir diese Werte mit statistischen Methoden, um Muster zu definieren, die vom Computer wiedererkannt werden können. Über das Internet ließe sich das im großen Stil machen. Kürzlich erreichte uns eine Anfrage aus Hawaii. Dort hatte es einen ungewöhnlich heftigen Vulkanausbruch gegeben. Für die Menschen dort wäre es wünschenswert, wenn es ein Smartphone gäbe, das mit unserer Entwicklung ausgerüstet ist und die giftigen Ausgasungen noch vor der biologischen Nase wahrnehmen kann. Wenn viele Menschen solch ein Smartphone bei sich tragen, dann lassen sich die Daten an zentraler Stelle sammeln und auswerten. So bekäme beispielsweise der Katastrophendienst ein deutlicheres Bild von der Ausbreitung einer Giftwolke. Das alles ist möglich, aber wir arbeiten am Problem der Komplexität. Die können sie sich so vorstellen, als ob sie ihre Musikerkennungssoftware benutzen wollen in einem Raum, in dem fünf Lieder gleichzeitig und gleich laut gespielt würden. Aber ich bin mir sicher, dass Programmierer eine Lösung finden werden. Bis dahin beschäftigen wir uns mit den einfacheren Geruchsproblemen aus der Industrie.

JB: Im Backofen eingebaut wäre gut. Dann könnte die Nase alarmschlagen, wenn der Kuchen anbrennt.

MS: Gerade beim Braten und Backen ist zudem Fett ein Thema. Wir bräuchten also einen Fettfilter, sonst wäre der Sensor innerhalb kurzer Zeit zugekleistert mit den typischen Rückständen des Bratens und Backens. Aber auch daran wird freilich gearbeitet. Die biologische Nase ist so gesehen ein ziemlich tolles Ding. Wenn sie verstopft ist—na, was macht sie? Sie reinigt sich halt selber.

JB: Kann ihre Entwicklung auch in umgekehrter Weise Duftwahrnehmungen erzeugen?

MS: Sie denken sicherlich an Geruchsfernsehen.

JB: In den Achtzigerjahren war ich in einem Odorama-Film von John Waters, das hat mir gereicht. Aber eine in Smartphones installierte Technologie zur Übertragung von Düften fände ich sehr schön. Dann könnten sich voneinander Entfernte gegenseitig ihren Hautgeruch schicken. Das Verschicken des eigenen Pulsschlages mit der Applewatch gilt ja schon als romantische Geste.

MS: Das ist zumindest eine interessante Idee, obschon wir ja nicht an der Geruchserzeugung, sondern an der Geruchserkennung arbeiten. Doch ich sehe zwei Schwierigkeiten. Denn wir betreiben mit unserem Gerät keine klassische Gasanalytik. Wir schauen nicht, welche Substanzen sich momentan in der Luft befinden. Wir nehmen die Geruchssituation als Ganzes auf und spezifizieren nicht. Die Information, die wir sammeln, ist nicht detailliert, so dass sie an anderer Stelle exakt reproduziert werden könnte. Und zweitens müsste dann an das Smartphone ein Tank gekoppelt werden, in dem die ganzen Geruchsstoffe gelagert werden können, die dann auch noch gemischt und in einen integrierten Diffusor geleitet werden müssten.

JB: In ferner Zukunft bestimmt kein Problem.

MS: Vom Prinzip will ich das nicht ausschließen.

JB: Sie könnten jetzt eine Käsedatenbank anlegen.

MS: Haben wir noch nicht probiert. Wir haben aber schon einige Honigsorten aus Kirgisistan unterscheiden können.

JB: Eine App für Pilzesucher wäre auch gut! Die alle Pilzdüfte erkennt und vor den giftigen warnt.

MS: Ja, sie sehen schon, sie quellen über vor lauter Ideen.

JB: Schon seit Monaten! Ich bewundere sie für diese tolle Erfindung!

MS: Alle Ideen können wir freilich nicht testen. Und womöglich wird es auch Dinge geben, die für die elektronische Nase nicht erschnupperbar sind. Man darf bitte nicht erwarten, dass unsere elektronische Nase sofort sämtliche Fähigkeiten einer biologischen Nase in sich vereint. Aber es ist tatsächlich so, dass wir immer wieder merken: fast jede Idee ließe sich umsetzen. Aus Wien erhielten wir Meldung aus dem dortigen Filmmuseum. Denn es ist wohl so, dass Zelluloid einen charakteristisch säuerlichen Duft verströmt, bevor es sich zersetzt. Hier könnte unsere Nase gute Dienste leisten und die Archivare informieren, dass eine gefährdete Filmrolle zügig kopiert werden muß, um das Werk zu bewahren. Derzeit machen das noch die Menschen dort mit ihren biologischen Nasen, die sie auf diesen spezifischen Geruch konditioniert haben.

JB: Sie haben einen tollen Beruf!

MS: Ja, macht auch Spaß gerade.