Des puces olfactives biomimétiques révolutionnaires utilisent l’IA pour permettre aux robots de sentir

Le développement de capteurs olfactifs artificiels constitue un défi de longue date pour les chercheurs du monde entier. La création de nez électroniques (nez électroniques) capables de discerner efficacement des mélanges odorants complexes, similaires au système olfactif biologique, s'est avérée difficile en raison de problèmes de miniaturisation et de capacités de reconnaissance. Cependant, une équipe de recherche dirigée par le professeur FAN Zhiyong du Université de science et de technologie de Hong Kong (HKUST) a réalisé un percée significative dans ce domaine avec leurs nouvelles puces olfactives biomimétiques (BOC).

Puces Olfactives Biomimétiques (BOC)

Les puces olfactives biomimétiques, ou BOC, développées par l'équipe du professeur Fan constituent une invention révolutionnaire dans le domaine de la détection artificielle des odeurs. Ces minuscules puces sont conçues pour imiter la façon dont les humains et les animaux détectent les odeurs, ce qui les rend plus précises et efficaces que les systèmes d'olfaction artificielle précédents.

Chaque BOC contient jusqu'à 10,000 XNUMX minuscules capteurs de gaz, disposés d'une manière qui ressemble beaucoup au système olfactif biologique. Cette conception unique permet à la puce de détecter et de distinguer une grande variété d’odeurs, même lorsqu’elles sont mélangées dans des combinaisons complexes.

L'une des principales caractéristiques du BOC est l'utilisation d'une composition de matériaux spéciale qui varie d'un bout à l'autre de la puce. Cette conception en gradient permet l'intégration de nombreux types différents de capteurs sur une seule puce, permettant ainsi de détecter une large gamme d'odeurs tout en gardant la puce petite et compacte.

Les capteurs de gaz utilisés dans le BOC sont incroyablement sensibles et peuvent détecter la moindre trace de divers gaz et composés organiques volatils (COV). Ces capteurs sont construits sur un substrat doté de minuscules pores, qui offrent une grande surface avec laquelle les gaz peuvent interagir, améliorant ainsi la sensibilité et le temps de réponse de la puce.

En combinant cette technologie de capteur avancée avec des algorithmes d'intelligence artificielle, le BOC peut traiter et interpréter les données des capteurs de gaz, lui permettant d'identifier et de différencier les différentes odeurs avec une précision remarquable.

Surmonter les défis de l'olfaction artificielle

Le développement de systèmes d'olfaction artificielle a été une tâche difficile pour les chercheurs en raison de plusieurs obstacles majeurs. L'une des principales difficultés a été de miniaturiser le système tout en maintenant son efficacité. Les nez électroniques traditionnels nécessitent souvent un équipement volumineux, ce qui les rend peu pratiques pour de nombreuses applications. Les puces olfactives biomimétiques développées par l'équipe du Pr Fan répondent à cette problématique en intégrant un grand nombre de capteurs de gaz sur une seule puce compacte.

Un autre défi important de l'olfaction artificielle a été d'augmenter les capacités de reconnaissance du système, en particulier lorsqu'il s'agit de mélanges complexes d'odeurs. Dans les scénarios du monde réel, les odeurs sont souvent composées de plusieurs gaz et composés organiques volatils, ce qui rend difficile pour les nez électroniques conventionnels d'identifier et de quantifier avec précision chaque composant.

En tirant parti de la nanotechnologie avancée et de l’intelligence artificielle, les puces olfactives biomimétiques peuvent traiter et interpréter les données des capteurs de gaz plus efficacement que les nez électroniques traditionnels. L'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique permet au BOC de tirer les leçons des expériences passées et d'améliorer ses capacités de reconnaissance des odeurs au fil du temps. Cette adaptabilité fait du BOC un outil puissant pour diverses industries, car il peut être personnalisé pour détecter et identifier les odeurs spécifiques pertinentes pour chaque application.

Performances et applications exceptionnelles

Dans une démonstration notable, les chercheurs ont intégré les puces olfactives avec des capteurs de vision sur un chien robot, créant ainsi un système olfactif et visuel combiné. Cette configuration unique a permis au robot d'identifier avec précision les objets dans des boîtes aveugles, démontrant le potentiel d'intégration du BOC avec d'autres technologies de détection pour créer des systèmes intelligents plus avancés et plus performants.

Les applications des puces olfactives biomimétiques sont vastes et couvrent plusieurs secteurs. Dans l'industrie alimentaire, le BOC peut être utilisé pour le contrôle qualité, la détection de la détérioration et la garantie de la sécurité alimentaire. La surveillance environnementale est un autre domaine d'application clé, dans lequel les puces peuvent être utilisées pour détecter des gaz nocifs, des polluants et d'autres contaminants en suspension dans l'air.

Le domaine médical peut également bénéficier de la technologie BOC, car les puces peuvent être utilisées pour diagnostiquer des maladies en détectant des composés organiques volatils (COV) spécifiques dans l'haleine ou les fluides corporels d'un patient. Cette méthode de diagnostic non invasive pourrait potentiellement conduire à une détection et un traitement plus précoces de diverses maladies.

En milieu industriel, les puces olfactives biomimétiques peuvent être utilisées pour surveiller et contrôler les processus, garantissant ainsi la sécurité et la qualité des produits. Les puces peuvent détecter les fuites de gaz, surveiller les émissions et identifier les dangers potentiels en temps réel, permettant ainsi des réponses rapides et des mesures préventives.

Les performances exceptionnelles et les applications étendues des puces olfactives biomimétiques démontrent leur potentiel à révolutionner diverses industries. À mesure que la technologie continue de progresser, on s’attend à ce que le BOC trouve encore plus d’utilisations dans différents secteurs, améliorant ainsi la sécurité, l’efficacité et le contrôle qualité de nombreux processus.