Murrangulised biomimeetilised haistmiskiibid Kasutage AI-d, et võimaldada robotitel lõhna tunda

Kunstlike haistmisandurite väljatöötamine on kogu maailmas teadlastele olnud pikaajaline väljakutse. Elektrooniliste ninade (e-ninade) loomine, mis suudavad tõhusalt eristada bioloogilise haistmissüsteemiga sarnaseid keerulisi lõhnasegusid, on miniaturiseerimise ja tuvastamisvõimega seotud probleemide tõttu osutunud keeruliseks. Kuid uurimisrühm eesotsas prof FAN Zhiyong alates Hongkongi teaduse ja tehnoloogia ülikool (HKUST) on teinud a märkimisväärne läbimurre selles valdkonnas oma äsja väljatöötatud biomimeetiliste haistmiskiipidega (BOC).

Biomimeetilised haistmiskiibid (BOC)

Prof Fani meeskonna poolt välja töötatud biomimeetilised haistmiskiibid ehk BOC-id on murranguline leiutis kunstliku lõhnatuvastuse valdkonnas. Need väikesed kiibid on loodud jäljendama viisi, kuidas inimesed ja loomad lõhna tuvastavad, muutes need täpsemaks ja tõhusamaks kui varasemad kunstlikud haistmissüsteemid.

Iga BOC sisaldab kuni 10,000 XNUMX pisikest gaasiandurit, mis on paigutatud viisil, mis sarnaneb väga bioloogilise haistmissüsteemiga. See ainulaadne disain võimaldab kiibil tuvastada ja eristada paljusid erinevaid lõhnu isegi siis, kui need on omavahel segatud keerukates kombinatsioonides.

BOC-i üks põhiomadusi on spetsiaalse materjali koostise kasutamine, mis kiibil on erinev. See gradientkonstruktsioon võimaldab integreerida mitut erinevat tüüpi andureid ühele kiibile, võimaldades tuvastada laias valikus lõhnu, hoides kiibi väikese ja kompaktse.

BOC-s kasutatavad gaasiandurid on uskumatult tundlikud ja suudavad tuvastada isegi väikseimaid erinevate gaaside ja lenduvate orgaaniliste ühendite (LOÜ) jälgi. Need andurid on ehitatud väikeste pooridega substraadile, mis annab gaasidele suure pinna, millega saavad suhelda, suurendades kiibi tundlikkust ja reaktsiooniaega.

Kombineerides selle täiustatud anduritehnoloogia tehisintellekti algoritmidega, saab BOC töödelda ja tõlgendada gaasiandurite andmeid, võimaldades tal märkimisväärse täpsusega tuvastada ja eristada erinevaid lõhnu.

Kunstliku lõhnaga seotud väljakutsete ületamine

Kunstlike haistmissüsteemide väljatöötamine on olnud teadlaste jaoks keeruline ülesanne mitme peamise takistuse tõttu. Üks peamisi raskusi on olnud süsteemi minimeerimine, säilitades samal ajal selle tõhususe. Traditsioonilised e-ninad nõuavad sageli mahukaid seadmeid, mistõttu on need paljude rakenduste jaoks ebapraktilised. Prof Fani meeskonna poolt välja töötatud biomimeetilised haistmiskiibid lahendavad selle probleemi, integreerides suure hulga gaasiandureid ühele kompaktsele kiibile.

Teine oluline väljakutse kunstliku haistmise puhul on olnud süsteemi tuvastamisvõime suurendamine, eriti keeruliste lõhnasegude käsitlemisel. Reaalse maailma stsenaariumide korral koosnevad lõhnad sageli mitmest gaasist ja lenduvatest orgaanilistest ühenditest, mistõttu on tavapärastel e-ninadel raske iga komponenti täpselt tuvastada ja kvantifitseerida.

Täiustatud nanotehnoloogiat ja tehisintellekti võimendades saavad biomimeetilised haistmiskiibid gaasiandurite andmeid tõhusamalt töödelda ja tõlgendada kui traditsioonilised e-ninad. Masinõppe algoritmide kasutamine võimaldab BOC-l õppida varasematest kogemustest ja parandada aja jooksul oma lõhnatuvastusvõimet. See kohandatavus teeb BOC-st võimsa tööriista erinevate tööstusharude jaoks, kuna seda saab kohandada iga rakenduse jaoks oluliste spetsiifiliste lõhnade tuvastamiseks ja tuvastamiseks.

Erakordne jõudlus ja rakendused

Ühes märkimisväärses demonstratsioonis integreerisid teadlased haistmiskiibid robotkoera nägemisanduritega, luues kombineeritud haistmis- ja visuaalse süsteemi. See ainulaadne seadistus võimaldas robotil pimekastides olevaid objekte täpselt tuvastada, näidates BOC-i integreerimise potentsiaali teiste sensortehnoloogiatega, et luua arenenumad ja võimekamad intelligentsed süsteemid.

Biomimeetiliste haistmiskiipide rakendused on laialdased ja hõlmavad mitmeid tööstusharusid. Toiduainetööstuses saab BOC-i kasutada kvaliteedikontrolliks, riknemise tuvastamiseks ja toiduohutuse tagamiseks. Keskkonnaseire on veel üks oluline rakendusvaldkond, kus kiipe saab kasutada kahjulike gaaside, saasteainete ja muude õhus levivate saasteainete tuvastamiseks.

BOC-tehnoloogiast saab kasu ka meditsiinivaldkond, kuna kiipe saab kasutada haiguste diagnoosimiseks, tuvastades patsiendi hingeõhus või kehavedelikes spetsiifilisi lenduvaid orgaanilisi ühendeid (LOÜ). See mitteinvasiivne diagnostiline meetod võib potentsiaalselt viia erinevate haiguste varasema avastamise ja ravini.

Tööstuslikes tingimustes saab biomimeetilisi haistmiskiipe kasutada protsesside jälgimiseks ja juhtimiseks, tagades toodete ohutuse ja kvaliteedi. Kiibid suudavad tuvastada gaasilekkeid, jälgida heitkoguseid ja tuvastada võimalikke ohte reaalajas, võimaldades kiiret reageerimist ja ennetavaid meetmeid.

Biomimeetiliste haistmiskiipide erakordne jõudlus ja laiaulatuslikud rakendused näitavad nende potentsiaali muuta revolutsiooniliselt erinevaid tööstusharusid. Kuna tehnoloogia areneb edasi, eeldatakse, et BOC leiab erinevates sektorites veelgi rohkem kasutust, parandades ohutust, tõhusust ja kvaliteedikontrolli paljudes protsessides.