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Essiggeruch, Maiglöckchenduft oder Zigarettenqualm - der Mensch ist in der Lage, mit einem gesunden Geruchssinn rund 10.000 Gerüche zu unterscheiden. Jeder besteht wiederum aus bis zu 1000 Komponenten. Lange Zeit gab es noch nicht einmal Maßstäbe, um Gerüche zu klassifizieren oder zu erfassen. Nun wollen Wissenschaftler der TU Berlin die Luftqualität von Innenräumen bewerten und sie dazu mit einer elektronischen Nase erschnüffeln.
Sie haben in rund 80 Büroräumen ihre Nase gerümpft. Der Wissenschaft zuliebe bewerteten Versuchspersonen der TU Berlin die Luftqualität von zahlreichen Innenräumen. "Diese Methode mit trainierten Personen ist jedoch sehr zeitintensiv", erklärt Frank Schreiber vom Hermann-Rietschel-Institut für Heizungs- und Klimatechnik der TU Berlin. Die Komplexität unseres menschlichen Riechorgans und die einzigartigen Bewertungsmöglichkeiten von Düften im Gehirn machten es bisher unmöglich, Gerüche durch ein Messgerät ermitteln zu lassen. Erst mit der Entwicklung spezieller chemischer Sensoren konnten Wissenschaftler in der jüngsten Vergangenheit die menschliche Nase ansatzweise simulieren. Messgrößen wie "Verunreini-gungslast" oder "Empfundene Luftqualität" in Innenräumen wurden sogar erst Ende der 80er Jahre von der Forschung wieder entdeckt. Auch die wissenschaftliche Einheit "olf" für eine Geruchsquelle steht nur in den neuesten Schulbüchern. Sie beschreibt die Geruchsstärke, die ein Mensch, der sich 0,7 mal am Tag duscht und täglich frische Unterwäsche anzieht, bei leichter Tätigkeit abgibt.
"Unser Ansatz", so der TU-Wissenschaftler, der seine Dissertation über die elektronische Nase schreibt, "ist eine Kombination aus Sensor- und Computer-Technik." Die Geruchszellen der menschlichen Nase werden bei ihrem elektronischen Kollegen durch mehrere chemische Sensoren ersetzt. An die Stelle des menschlichen Gehirns tritt eine künstliche Intelligenz, die in einem Computer als neuronales Netzwerk programmiert ist. Sie kann trainiert werden und funktioniert ähnlich wie die Informationsverarbeitung im menschlichen Gehirn.
Die elektronische Nase, die in einem kleinen viereckigen Kasten untergebracht ist, bewertet die Luft eines Raums in seiner Gesamtheit. "Die Konzentration einzelner Gase oder auch die Komponenten eines Luftgemischs werden nicht bestimmt. Das ist die weitaus schwierigere Aufgabe", sagt Frank Schreiber. Den Gesamteindruck eines Geruchs erhalten die Luft-Forscher dadurch, indem mehrere Sensoren unterschiedliche Signale abgeben. Dabei lagern sich die Geruchsmoleküle auf der Beschichtung der jeweiligen Sensoren ab. Die elektronische Nase kann beispielsweise ein Schwingquarzmodul mit acht Sensoren enthalten, die mit unterschiedlichen Polymeren beschichtet sind. Wird die Luftprobe über sie geleitet, lagern sich bestimmte Moleküle dort ab. Je nach Beschichtung und Masse ändert sich die Schwingfrequenz. "Dabei wandeln sich chemische und physikalische Signale in elektrische um, die wir dann messen können." Diese wiederum werden zu charakteristischen Mustern des Duftes zusammengefasst. "Wir wollen den Fingerabdruck des Geruchs ermitteln, genauso, wie es unsere Nase auch tut, denn sie bewertet den Gesamteindruck der Luft."
In mehreren Versuchsreihen wurden sowohl im Hermann-Rietschel-Institut, im Institut für Lichttechnik als auch im Telefunken-Hochhaus der TU Berlin Luftqualitätsuntersuchungen mit der elektronischen Nase vorgenommen. Parallel dazu bewertete eine Versuchsgruppe die Luft in vielen Innenräumen. Ihre Geruchsmaßstäbe werden später in den Rechner eingegeben. Das Programm erhält somit die Grundlagen für die eigene "elektronische" Bewertung. Je mehr Messwerte von Personen vorliegen, um so besser können die Wissenschaftler das neuronale Netz im Rechner und damit die elektronische Nase trainieren.
"Die skandinavischen Länder sind uns bei der Geruchsbestimmung voraus", so die Einschätzung des TU-Ingenieurs. In Finnland beispielsweise werden Einrichtungsgegenstände nach ihrer Geruchsbelastung katalogisiert. Ziel ist es, bestimmte negativ wirkende Geruchsstoffe erst gar nicht in den Büros zu installieren. Außerdem sondern dreckige Teppichböden, eingestaubte Bücher oder die lieben Mitarbeiter unangenehme Gerüche ab. "Kennt man die Ursachen für schlechte Luft und damit für das Unwohlsein, kann man sie vermeiden und muss nicht zu viel aufbereitete Luft mit einer Klimaanlage unnötig in die Räume transportieren, was energie- und kostenintensiv ist", so Frank Schreiber. stt
Datenbank
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Frank Schreiber, Technische Universität Berlin, Hermann-Rietschel-Institut für Heizungs- und Klimatechnik
Fachgebiet: Heiz- und Raumlufttechnik
Forschungsprojekt: Untersuchung der empfundenen Luftqualität in Innenräumen mit einer elektronischen Nase
Kontakt: Tel.: 030/314-24178, Fax: 030/314-21141, E-Mail: frank.schreiber@tu-berlin.de, Internet: http://www.tu-berlin.de/fb6/hri/, Marchstraße 4, 10587 Berlin
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Elektrotechnik, Energie, Gesellschaft, Meer / Klima, Umwelt / Ökologie, Wirtschaft
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Deutsch
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