Uraauurtavat biomimeettiset hajulastut Käytä tekoälyä mahdollistamaan robottien haju

Keinotekoisten hajuanturien kehittäminen on ollut pitkään haaste tutkijoille maailmanlaajuisesti. Biologisen hajujärjestelmän kaltaisten monimutkaisten hajusekoitusten tehokkaasti erottavien elektronisten nenöiden (e-nenän) luominen on osoittautunut vaikeaksi miniatyrisointi- ja tunnistusominaisuuksiin liittyvien ongelmien vuoksi. Kuitenkin tutkimusryhmä, jota johti professori FAN Zhiyong alkaen Hongkongin tiede- ja teknologiayliopisto (HKUST) on tehnyt a merkittävä läpimurto tällä alalla äskettäin kehitetyillä biomimeettisillä hajulastuilla (BOC).

Biomimeettiset hajulastut (BOC)

Professori Fanin tiimin kehittämät biomimeettiset hajulastut eli BOC:t ovat uraauurtava keksintö keinotekoisen hajuntunnistuksen alalla. Nämä pienet sirut on suunniteltu jäljittelemään ihmisten ja eläinten tapaa havaita hajuja, mikä tekee niistä tarkempia ja tehokkaampia kuin aikaisemmat keinotekoiset hajujärjestelmät.

Jokainen BOC sisältää jopa 10,000 XNUMX pientä kaasuanturia, jotka on järjestetty tavalla, joka muistuttaa läheisesti biologista hajujärjestelmää. Tämän ainutlaatuisen rakenteen ansiosta siru pystyy havaitsemaan ja erottamaan monenlaisia ​​hajuja, vaikka ne sekoittuvat keskenään monimutkaisina yhdistelminä.

Yksi BOC:n tärkeimmistä ominaisuuksista on sen erityisen materiaalikoostumuksen käyttö, joka vaihtelee sirun välillä. Tämä gradienttirakenne mahdollistaa useiden erityyppisten antureiden integroinnin yhdelle sirulle, mikä mahdollistaa monenlaisten hajujen havaitsemisen ja pitää sirun pienenä ja kompaktina.

BOC:ssa käytetyt kaasuanturit ovat uskomattoman herkkiä ja pystyvät havaitsemaan pienimmätkin jäämät erilaisista kaasuista ja haihtuvista orgaanisista yhdisteistä (VOC). Nämä anturit on rakennettu substraatille, jossa on pienet huokoset, mikä tarjoaa suuren pinta-alan kaasuille vuorovaikutuksessa, mikä parantaa sirun herkkyyttä ja vasteaikaa.

Yhdistämällä tämän edistyneen anturiteknologian tekoälyalgoritmeihin, BOC voi käsitellä ja tulkita kaasuanturien dataa, jolloin se voi tunnistaa ja erottaa eri hajuja huomattavalla tarkkuudella.

Keinotekoisen hajuaistin haasteiden voittaminen

Keinotekoisten hajuaistimien kehittäminen on ollut tutkijoille haastava tehtävä useiden keskeisten esteiden vuoksi. Yksi tärkeimmistä vaikeuksista on ollut järjestelmän pienentäminen samalla kun sen tehokkuus säilyy. Perinteiset e-nenät vaativat usein tilaa vieviä laitteita, mikä tekee niistä epäkäytännöllisiä moniin sovelluksiin. Professori Fanin tiimin kehittämät biomimeettiset hajusirut ratkaisevat tämän ongelman integroimalla suuren määrän kaasuantureita yhdelle, kompaktille sirulle.

Toinen merkittävä haaste keinotekoisessa hajussa on ollut järjestelmän tunnistuskyvyn lisääminen, etenkin kun käsitellään monimutkaisia ​​hajusekoituksia. Todellisissa skenaarioissa hajut koostuvat usein useista kaasuista ja haihtuvista orgaanisista yhdisteistä, mikä vaikeuttaa tavanomaisten e-nenojen tarkkaa tunnistamista ja kvantifiointia kunkin komponentin kanssa.

Hyödyntämällä kehittynyttä nanoteknologiaa ja tekoälyä biomimeettiset hajusirut voivat käsitellä ja tulkita kaasuantureiden tietoja tehokkaammin kuin perinteiset e-nenät. Koneoppimisalgoritmien käyttö antaa BOC:lle mahdollisuuden oppia aiemmista kokemuksista ja parantaa hajuntunnistuskykyään ajan myötä. Tämä mukautuvuus tekee BOC:sta tehokkaan työkalun useille teollisuudenaloille, koska se voidaan räätälöidä havaitsemaan ja tunnistamaan tiettyjä hajuja, jotka liittyvät kuhunkin käyttöön.

Poikkeuksellinen suorituskyky ja sovellukset

Eräässä merkittävässä esittelyssä tutkijat integroivat hajulastut robottikoiran näkösensoreihin, mikä loi yhdistetyn haju- ja visuaalisen järjestelmän. Tämän ainutlaatuisen asennuksen ansiosta robotti pystyi tunnistamaan tarkasti sokeissa laatikoissa olevat esineet, mikä osoitti mahdollisuudet integroida BOC muihin anturitekniikoihin kehittyneempien ja kykenevämpien älykkäiden järjestelmien luomiseksi.

Biomimeettisten hajusirujen sovellukset ovat laajat ja kattavat useilla toimialoilla. Elintarviketeollisuudessa BOC:ta voidaan käyttää laadunvalvontaan, pilaantumisen havaitsemiseen ja elintarviketurvallisuuden varmistamiseen. Ympäristön seuranta on toinen keskeinen sovellusalue, jossa lastuja voidaan käyttää haitallisten kaasujen, epäpuhtauksien ja muiden ilman epäpuhtauksien havaitsemiseen.

Myös lääketieteen ala voi hyötyä BOC-teknologiasta, sillä sirujen avulla voidaan diagnosoida sairauksia havaitsemalla tiettyjä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) potilaan hengityksestä tai kehon nesteistä. Tämä ei-invasiivinen diagnostinen menetelmä voi mahdollisesti johtaa useiden sairauksien aikaisempaan havaitsemiseen ja hoitoon.

Teollisissa ympäristöissä biomimeettisiä hajusiruja voidaan käyttää prosessien valvontaan ja ohjaukseen, mikä varmistaa tuotteiden turvallisuuden ja laadun. Sirut voivat havaita kaasuvuodot, valvoa päästöjä ja tunnistaa mahdolliset vaarat reaaliajassa, mikä mahdollistaa nopean reagoinnin ja ennaltaehkäisevät toimenpiteet.

Biomimeettisten hajusirujen poikkeuksellinen suorituskyky ja laajat sovellukset osoittavat niiden potentiaalin mullistaa eri toimialoja. Teknologian kehittyessä BOC:lle odotetaan yhä enemmän käyttöä eri aloilla, mikä parantaa turvallisuutta, tehokkuutta ja laadunvalvontaa useissa prosesseissa.