画期的な生体模倣嗅覚チップ、AI を使用してロボットが匂いを嗅げるようにする

人工嗅覚センサーの開発は、世界中の研究者にとって長年の課題でした。生物学的な嗅覚システムと同様に、複雑な臭気物質の混合物を効果的に識別できる電子鼻 (e-nose) を作成することは、小型化と認識能力の問題により困難であることが判明しています。しかし、大学のFAN Zhiyong教授率いる研究チームは、 香港科学技術大学 (HKUST) は、 大きな飛躍的進歩 新しく開発された生体模倣嗅覚チップ (BOC) を使用して、この分野に取り組みました。

生体模倣嗅覚チップ (BOC)

ファン教授のチームが開発した生体模倣嗅覚チップ (BOC) は、人工匂い検出の分野における画期的な発明です。これらの小さなチップは、人間や動物が匂いを検出する方法を模倣するように設計されており、以前の人工嗅覚システムよりも正確かつ効率的になります。

各 BOC には最大 10,000 個の小型ガスセンサーが含まれており、これらは生物学的な嗅覚システムによく似た方法で配置されています。このユニークな設計により、チップは、複雑な組み合わせで混合されている場合でも、さまざまな匂いを検出して区別することができます。

BOC の重要な特徴の 1 つは、チップ全体で異なる特殊な材料組成を使用していることです。この勾配設計により、さまざまなタイプのセンサーを 1 つのチップ上に統合することができ、チップを小型でコンパクトに保ちながら、広範囲の匂いを検出することが可能になります。

BOC で使用されるガス センサーは非常に高感度で、さまざまなガスや揮発性有機化合物 (VOC) のわずかな痕跡さえも検出できます。これらのセンサーは、小さな細孔を備えた基板上に構築されており、ガスが相互作用するための大きな表面積を提供し、チップの感度と応答時​​間を向上させます。

この高度なセンサー技術と人工知能アルゴリズムを組み合わせることで、BOC はガスセンサーからのデータを処理および解釈できるようになり、驚くべき精度でさまざまな臭気を識別して区別できるようになります。

人工嗅覚の課題を克服する

人工嗅覚システムの開発は、いくつかの重要な障害があるため、研究者にとって困難な課題でした。主な困難の 1 つは、システムの有効性を維持しながらシステムを小型化することです。従来の電子ノーズはかさばる装置を必要とすることが多く、多くの用途では実用的ではありません。ファン教授のチームが開発した生体模倣嗅覚チップは、多数のガスセンサーを単一のコンパクトなチップに統合することでこの問題に対処している。

人工嗅覚におけるもう 1 つの重要な課題は、特に匂いの複雑な混合物を扱う場合に、システムの認識能力を向上させることです。現実世界のシナリオでは、臭気は複数のガスや揮発性有機化合物で構成されていることが多く、従来の電子鼻では各成分を正確に識別して定量化することが困難です。

高度なナノテクノロジーと人工知能を活用することで、生体模倣嗅覚チップは、従来の e-nose よりも効果的にガスセンサーからのデータを処理し、解釈できます。機械学習アルゴリズムの使用により、BOC は過去の経験から学習し、臭気認識能力を時間の経過とともに向上させることができます。この適応性により、BOC は各用途に関連する特定の臭気を検出および識別するように調整できるため、さまざまな業界にとって強力なツールになります。

卓越したパフォーマンスとアプリケーション

注目すべきデモンストレーションでは、研究者らは嗅覚チップと視覚センサーをロボット犬に統合し、嗅覚と視覚を組み合わせたシステムを構築しました。このユニークなセットアップにより、ロボットはブラインド ボックス内のオブジェクトを正確に識別できるようになり、BOC を他のセンシング技術と統合して、より高度で有能なインテリジェント システムを作成できる可能性が示されました。

生体模倣嗅覚チップの用途は広大で、複数の業界にまたがっています。食品産業では、BOC は品質管理、腐敗の検出、食品の安全性の確保に使用できます。環境モニタリングももう 1 つの重要な応用分野であり、チップを使用して有害なガス、汚染物質、その他の空気中の汚染物質を検出できます。

このチップを患者の呼気や体液中の特定の揮発性有機化合物 (VOC) を検出することで病気の診断に使用できるため、医療分野でも BOC テクノロジーの恩恵を受けることができます。この非侵襲的な診断方法は、さまざまな病気の早期発見と治療につながる可能性があります。

産業環境では、生体模倣嗅覚チップを使用してプロセスを監視および制御し、製品の安全性と品質を確保できます。このチップはガス漏れを検出し、排出を監視し、潜在的な危険をリアルタイムで特定できるため、迅速な対応と予防措置を可能にします。

生体模倣嗅覚チップの卓越した性能と幅広い用途は、さまざまな業界に革命をもたらす可能性を示しています。テクノロジーが進歩し続けるにつれて、BOC はさまざまな分野でさらに多くの用途を見出し、多くのプロセスにおける安全性、効率性、品質管理を向上させることが期待されています。