Vielleicht können wir eines Tages auf das Handy hauchen, um es zu entsperren, geht aus einer Studie hervor: Forscher haben den Prototyp eines Geruchssensors entwickelt, der in Kombination mit maschinellem Lernen die Identität von Personen anhand ihres Atems erschnüffeln kann. Die „künstliche Nase“ erreicht bereits eine hohe Zuverlässigkeit, bis zur Marktreife muss das Konzept allerdings noch weiter ausgefeilt werden, geben die Entwickler zu bedenken.

Zugangskontrolle zum Bankwesen, zu Computern und Mobiltelefonen oder zu smarten Fahrzeugen: Biometrische Erkennungsverfahren können eine bequeme und sichere Alternative zu herkömmlichen Authentifizierungsmethoden im Bereich der Informationstechnologie bieten. Es wurden bereits verschiedene persönliche Aspekte als Zugangsschlüssel genutzt, darunter die individuellen Merkmale der Fingerabdrücke, der Iris, des Gesichts oder der Stimme. Alle diese Verfahren beruhen bisher allerdings ausschließlich auf physischen Aspekten eines Menschen. „Diese Techniken haben Nachteile: Die Merkmale können kopiert oder durch körperliche Verletzungen beeinträchtigt werden“, erklärt Chaiyanut Jirayupat von der Universität Tokio. Deshalb haben er und seine Kollegen nun das Potenzial eines biochemischen Merkmals des Menschen als ein neues Verfahren für das biometrische Sicherheits-Toolkit ausgelotet: die persönliche Signatur in der Atemluft.

Erkennung am individuellen Atem-Geruch

In den letzten Jahren haben Forscher bereits aufgezeigt, dass in flüchtigen Substanzen, die ein Mensch von sich gibt, interessante Informationen stecken können. Es ist bekannt, dass Hunde Menschen nicht nur problemlos am Geruch identifizieren können, sondern sogar bestimmte Krankheiten erschnüffeln können – unter anderem in der Atemluft. Technische Spürnasen erreichen zwar noch nicht das tierische Niveau, doch auch Geruchssensoren können bereits geringe Konzentrationen von flüchtigen Substanzen in der Luft detektieren. Wie Jirayupat und seine Kollegen erklären, könnte sich Atemluft besonders zur biometrischen Authentifizierung eignen, da sie im Gegensatz zu Ausdünstungen der Haut deutlich höhere Konzentrationen von Geruchsstoffen aufweist.

Um das Potenzial des Konzepts auszuloten, begann das Team zunächst mit einer grundlegenden Analyse der Atemluft von Probanden, um herauszufinden, welche Verbindungen für die biometrische Authentifizierung verwendet werden könnten. Wie die Forscher berichten, kristallisierten sich dabei 28 Verbindungen als brauchbare Indikatoren heraus: Menschen geben sie in einem für sie spezifischen Muster der Konzentrationsverteilung ab, das offenbar mit ihren genetischen Veranlagungen verbunden ist. Auf dieser Grundlage entwickelten die Wissenschaftler dann einen Geruchssensor-Array mit zunächst 16 Kanälen, von denen jeder einen bestimmten Bereich von Verbindungen identifizieren kann.

Bei dem bisherigen Prototyp des Erkennungssystems bläst man in eine Tüte. Diese Atemprobe wird anschließend durch den Geruchssensor-Array gedrückt. Die erfassten Daten werden dann an ein maschinelles Lernsystem weitergeleitet, das die Zusammensetzung des Atems des Menschen analysiert und daraus ein Profil entwickelt. Die entsprechende Geruchs-Signatur kann anschließend für die Identifizierung der jeweiligen Person verwendet werden, erklären die Wissenschaftler.

Auf dem Weg zum Handy mit Nase?

Die Forscher testeten das System mit Atemproben von bis zu 20 Personen und stellten dabei eine durchschnittliche Genauigkeit des Identifikationssystems von 98 Prozent fest. „Es handelte sich um eine heterogene Gruppe von Personen unterschiedlichen Alters, Geschlechts und Nationalität. Es ist ermutigend, dass wir bereits eine so hohe Genauigkeit erreicht haben“, sagt Seniorautor Takeshi Yanagida von der Universität Kyushu in Fukuoka. Wie er und seine Kollegen erklären, zeichnet sich bereits ab, dass das System durch die Integration weiterer Sensorkanäle auch eine absolute Erkennungssicherheit gewährleisten könnte.

Dennoch betont das Team, dass noch einige Entwicklungsarbeit nötig ist, bevor das Verfahren neue Generationen von Smartphone und Co bereichern könnte. Bisher bleibt etwa die Frage offen, inwieweit es für Störungen durch die Nahrungsaufnahme anfällig ist. Denn die künstliche Nase muss natürlich auch jemanden am Hauch identifizieren können, der beispielsweise gerade ein Knoblauch-Baguette verzehrt hat. „Bisher haben wir unsere Probanden vor dem Test sechs Stunden fasten lassen“, sagt Yanagida. Doch das Team ist zuversichtlich: „Wir haben eine gute Grundlage geschaffen. Der nächste Schritt wird sein, diese Technik zu verfeinern. Aus unseren Ergebnissen geht dabei bereits hervor, dass eventuelle Probleme durch das Hinzufügen weiterer Sensoren und das Sammeln zusätzlicher Daten überwunden werden können“, so der Wissenschaftler.

Quelle: Kyushu University, Fachartikel: Chemical Communications, doi: 10.1039/d1cc06384g

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