Przełomowe biomimetyczne chipy węchowe wykorzystują sztuczną inteligencję, aby umożliwić robotom wąchanie

Rozwój sztucznych czujników węchowych od dawna stanowi wyzwanie dla badaczy na całym świecie. Tworzenie elektronicznych nosów (e-nosów), które potrafią skutecznie rozróżniać złożone mieszaniny zapachowe, podobne do biologicznego układu węchowego, okazało się trudne ze względu na problemy z miniaturyzacją i możliwościami rozpoznawania. Jednakże zespół badawczy kierowany przez prof. FAN Zhiyong z Uniwersytetu im Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) dokonał znaczący przełom w tej dziedzinie dzięki nowo opracowanym biomimetycznym chipom węchowym (BOC).

Biomimetyczne chipy węchowe (BOC)

Biomimetyczne chipy węchowe, czyli BOC, opracowane przez zespół prof. Fana, są przełomowym wynalazkiem w dziedzinie sztucznego wykrywania zapachu. Te maleńkie chipy zaprojektowano tak, aby naśladować sposób, w jaki ludzie i zwierzęta wykrywają zapachy, dzięki czemu są dokładniejsze i wydajniejsze niż poprzednie sztuczne systemy węchowe.

Każdy BOC zawiera do 10,000 XNUMX maleńkich czujników gazu, które są rozmieszczone w sposób bardzo przypominający biologiczny układ węchowy. Ta unikalna konstrukcja umożliwia chipowi wykrywanie i rozróżnianie szerokiej gamy zapachów, nawet jeśli są one zmieszane w skomplikowanych kombinacjach.

Jedną z kluczowych cech BOC jest zastosowanie specjalnego składu materiału, który różni się w zależności od chipa. Ta gradientowa konstrukcja umożliwia integrację wielu różnych typów czujników w jednym chipie, umożliwiając wykrywanie szerokiego zakresu zapachów, zachowując jednocześnie mały i kompaktowy chip.

Czujniki gazu zastosowane w BOC są niezwykle czułe i potrafią wykryć nawet najmniejsze ślady różnych gazów i lotnych związków organicznych (LZO). Czujniki te zbudowane są na podłożu z małymi porami, co zapewnia dużą powierzchnię interakcji gazów, zwiększając czułość chipa i czas reakcji.

Łącząc tę ​​zaawansowaną technologię czujników z algorytmami sztucznej inteligencji, BOC może przetwarzać i interpretować dane z czujników gazu, co pozwala mu identyfikować i rozróżniać różne zapachy z niezwykłą dokładnością.

Pokonywanie wyzwań związanych ze sztucznym węchem

Opracowanie sztucznych systemów węchowych było dla badaczy trudnym zadaniem ze względu na kilka kluczowych przeszkód. Jedną z głównych trudności była miniaturyzacja systemu przy jednoczesnym zachowaniu jego efektywności. Tradycyjne e-nosy często wymagają nieporęcznego sprzętu, co czyni je niepraktycznymi w wielu zastosowaniach. Biomimetyczne chipy węchowe opracowane przez zespół prof. Fana rozwiązują ten problem poprzez integrację dużej liczby czujników gazu w jednym, kompaktowym chipie.

Kolejnym istotnym wyzwaniem w sztucznym węchu jest zwiększenie możliwości rozpoznawania systemu, szczególnie w przypadku złożonych mieszanin zapachów. W rzeczywistych scenariuszach zapachy często składają się z wielu gazów i lotnych związków organicznych, co utrudnia konwencjonalnym e-nosom dokładną identyfikację i określenie ilościowe każdego składnika.

Wykorzystując zaawansowaną nanotechnologię i sztuczną inteligencję, biomimetyczne chipy węchowe mogą przetwarzać i interpretować dane z czujników gazu skuteczniej niż tradycyjne e-nosy. Zastosowanie algorytmów uczenia maszynowego umożliwia BOC wyciąganie wniosków z przeszłych doświadczeń i z biegiem czasu ulepszanie swoich możliwości rozpoznawania zapachów. Ta zdolność adaptacji sprawia, że ​​BOC jest potężnym narzędziem dla różnych gałęzi przemysłu, ponieważ można go dostosować do wykrywania i identyfikacji określonych zapachów istotnych dla każdego zastosowania.

Wyjątkowa wydajność i zastosowania

W ramach jednej godnej uwagi demonstracji naukowcy zintegrowali chipy węchowe z czujnikami wzroku psa-robota, tworząc połączony system węchowy i wzrokowy. Ta wyjątkowa konfiguracja umożliwiła robotowi dokładną identyfikację obiektów w ślepych skrzynkach, pokazując potencjał integracji BOC z innymi technologiami wykrywania w celu stworzenia bardziej zaawansowanych i wydajnych inteligentnych systemów.

Zastosowania biomimetycznych chipów węchowych są szerokie i obejmują wiele branż. W przemyśle spożywczym BOC można stosować do kontroli jakości, wykrywania psucia się i zapewnienia bezpieczeństwa żywności. Monitorowanie środowiska to kolejny kluczowy obszar zastosowań, w którym chipy można wykorzystać do wykrywania szkodliwych gazów, substancji zanieczyszczających i innych substancji zanieczyszczających powietrze.

Sektor medyczny może również odnieść korzyści z technologii BOC, ponieważ chipy można wykorzystać do diagnozowania chorób poprzez wykrywanie określonych lotnych związków organicznych (LZO) w wydychanym powietrzu lub płynach ustrojowych pacjenta. Ta nieinwazyjna metoda diagnostyczna może potencjalnie prowadzić do wcześniejszego wykrywania i leczenia różnych chorób.

W warunkach przemysłowych biomimetyczne chipy węchowe mogą być wykorzystywane do monitorowania i kontroli procesów, zapewniając bezpieczeństwo i jakość produktów. Chipy mogą wykrywać wycieki gazu, monitorować emisje i identyfikować potencjalne zagrożenia w czasie rzeczywistym, umożliwiając szybką reakcję i podjęcie działań zapobiegawczych.

Wyjątkowa wydajność i szerokie zastosowanie biomimetycznych chipów węchowych pokazuje ich potencjał do zrewolucjonizowania różnych gałęzi przemysłu. Oczekuje się, że w miarę ciągłego rozwoju technologii BOC znajdzie jeszcze więcej zastosowań w różnych sektorach, poprawiając bezpieczeństwo, wydajność i kontrolę jakości w wielu procesach.