Chip olfattivi biomimetici rivoluzionari utilizzano l'intelligenza artificiale per consentire ai robot di annusare

Lo sviluppo di sensori olfattivi artificiali è stata una sfida di lunga data per i ricercatori di tutto il mondo. La creazione di nasi elettronici (e-nasi) in grado di distinguere efficacemente miscele odorose complesse, simili al sistema olfattivo biologico, si è rivelata difficile a causa di problemi di miniaturizzazione e capacità di riconoscimento. Tuttavia, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. FAN Zhiyong dell' Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong (HKUST) ha realizzato a svolta significativa in questo campo con i loro chip olfattivi biomimetici (BOC) di nuova concezione.

Chip olfattivi biomimetici (BOC)

I chip olfattivi biomimetici, o BOC, sviluppati dal team del Prof. Fan sono un'invenzione rivoluzionaria nel campo del rilevamento degli odori artificiali. Questi minuscoli chip sono progettati per imitare il modo in cui gli esseri umani e gli animali rilevano gli odori, rendendoli più accurati ed efficienti rispetto ai precedenti sistemi di olfatto artificiale.

Ogni BOC contiene fino a 10,000 minuscoli sensori di gas, disposti in modo da ricordare da vicino il sistema olfattivo biologico. Questo design unico consente al chip di rilevare e distinguere un'ampia varietà di odori, anche quando sono mescolati insieme in combinazioni complesse.

Una delle caratteristiche principali del BOC è l'utilizzo di una speciale composizione di materiale che varia all'interno del chip. Questo design a gradiente consente l'integrazione di molti tipi diversi di sensori su un singolo chip, consentendo di rilevare un'ampia gamma di odori mantenendo il chip piccolo e compatto.

I sensori di gas utilizzati nel BOC sono incredibilmente sensibili e possono rilevare anche le più piccole tracce di vari gas e composti organici volatili (COV). Questi sensori sono costruiti su un substrato con piccoli pori, che fornisce un'ampia superficie con cui i gas possono interagire, migliorando la sensibilità e il tempo di risposta del chip.

Combinando questa tecnologia avanzata dei sensori con algoritmi di intelligenza artificiale, il BOC può elaborare e interpretare i dati provenienti dai sensori di gas, consentendogli di identificare e differenziare i diversi odori con notevole precisione.

Superare le sfide dell’olfatto artificiale

Lo sviluppo di sistemi olfattivi artificiali è stato un compito impegnativo per i ricercatori a causa di diversi ostacoli chiave. Una delle difficoltà principali è stata miniaturizzare il sistema mantenendone l’efficacia. I nasi elettronici tradizionali spesso richiedono attrezzature ingombranti, il che li rende poco pratici per molte applicazioni. I chip olfattivi biomimetici sviluppati dal team del prof. Fan affrontano questo problema integrando un gran numero di sensori di gas su un unico chip compatto.

Un'altra sfida significativa nell'olfatto artificiale è stata l'aumento delle capacità di riconoscimento del sistema, soprattutto quando si ha a che fare con miscele complesse di odori. Negli scenari del mondo reale, gli odori sono spesso composti da più gas e composti organici volatili, rendendo difficile per i nasi elettronici convenzionali identificare e quantificare accuratamente ciascun componente.

Sfruttando la nanotecnologia avanzata e l’intelligenza artificiale, i chip olfattivi biomimetici possono elaborare e interpretare i dati provenienti dai sensori di gas in modo più efficace rispetto ai tradizionali nasi elettronici. L’uso di algoritmi di apprendimento automatico consente al BOC di imparare dalle esperienze passate e di migliorare nel tempo le proprie capacità di riconoscimento degli odori. Questa adattabilità rende il BOC uno strumento potente per vari settori, poiché può essere personalizzato per rilevare e identificare odori specifici rilevanti per ciascuna applicazione.

Prestazioni e applicazioni eccezionali

In una dimostrazione degna di nota, i ricercatori hanno integrato i chip olfattivi con sensori di visione su un cane robot, creando un sistema olfattivo e visivo combinato. Questa configurazione unica ha consentito al robot di identificare con precisione gli oggetti nelle scatole cieche, dimostrando il potenziale di integrazione del BOC con altre tecnologie di rilevamento per creare sistemi intelligenti più avanzati e capaci.

Le applicazioni per i chip olfattivi biomimetici sono vaste e abbracciano molteplici settori. Nell'industria alimentare, il BOC può essere utilizzato per il controllo di qualità, il rilevamento del deterioramento e la garanzia della sicurezza alimentare. Il monitoraggio ambientale è un'altra area di applicazione chiave, in cui i chip possono essere utilizzati per rilevare gas nocivi, inquinanti e altri contaminanti presenti nell'aria.

Anche il campo medico può trarre vantaggio dalla tecnologia BOC, poiché i chip possono essere utilizzati per diagnosticare malattie rilevando specifici composti organici volatili (COV) nel respiro o nei fluidi corporei di un paziente. Questo metodo diagnostico non invasivo potrebbe potenzialmente portare alla diagnosi precoce e al trattamento di varie malattie.

In ambienti industriali, i chip olfattivi biomimetici possono essere utilizzati per monitorare e controllare i processi, garantendo la sicurezza e la qualità dei prodotti. I chip possono rilevare fughe di gas, monitorare le emissioni e identificare potenziali pericoli in tempo reale, consentendo risposte rapide e misure preventive.

Le prestazioni eccezionali e l’ampia gamma di applicazioni dei chip olfattivi biomimetici dimostrano il loro potenziale per rivoluzionare vari settori. Poiché la tecnologia continua ad avanzare, si prevede che il BOC troverà ancora più usi in diversi settori, migliorando la sicurezza, l’efficienza e il controllo di qualità in numerosi processi.