Cipsele olfactive biomimetice inovatoare folosesc AI pentru a permite roboților să miros

Dezvoltarea senzorilor olfactivi artificiali a fost o provocare de lungă durată pentru cercetătorii din întreaga lume. Crearea de nasuri electronice (nasuri electronice) care pot discerne în mod eficient amestecurile de odorante complexe, similare sistemului olfactiv biologic, s-a dovedit dificilă din cauza problemelor cu capacitățile de miniaturizare și recunoaștere. Cu toate acestea, o echipă de cercetare condusă de prof. FAN Zhiyong de la Universitatea din Hong Kong de Știință și Tehnologie (HKUST) a făcut o descoperire semnificativă în acest domeniu cu cipurile lor olfactive biomimetice (BOC) nou dezvoltate.

Chipsuri olfactive biomimetice (BOC)

Cipsele olfactive biomimetice, sau BOC, dezvoltate de echipa Prof. Fan sunt o invenție revoluționară în domeniul detectării mirosurilor artificiale. Aceste cipuri mici sunt concepute pentru a imita modul în care oamenii și animalele detectează mirosurile, făcându-le mai precise și mai eficiente decât sistemele anterioare de olfactiv artificiale.

Fiecare BOC conține până la 10,000 de senzori mici de gaz, care sunt aranjați într-un mod care seamănă foarte mult cu sistemul olfactiv biologic. Acest design unic permite cipului să detecteze și să distingă între o mare varietate de mirosuri, chiar și atunci când acestea sunt amestecate împreună în combinații complexe.

Una dintre caracteristicile cheie ale BOC este utilizarea unei compoziții speciale de material care variază de-a lungul cipului. Acest design gradient permite integrarea multor tipuri diferite de senzori pe un singur cip, făcând posibilă detectarea unei game largi de mirosuri, menținând în același timp cipul mic și compact.

Senzorii de gaz utilizați în BOC sunt incredibil de sensibili și pot detecta chiar și cele mai mici urme de diferite gaze și compuși organici volatili (COV). Acești senzori sunt construiți pe un substrat cu pori mici, care oferă o suprafață mare cu care gazele să interacționeze, sporind sensibilitatea și timpul de răspuns al cipului.

Combinând această tehnologie avansată de senzori cu algoritmi de inteligență artificială, BOC poate procesa și interpreta datele de la senzorii de gaz, permițându-i să identifice și să diferențieze diferitele mirosuri cu o acuratețe remarcabilă.

Depășirea provocărilor în olfația artificială

Dezvoltarea sistemelor olfactive artificiale a fost o sarcină dificilă pentru cercetători din cauza mai multor obstacole cheie. Una dintre dificultățile principale a fost miniaturizarea sistemului, menținându-și eficacitatea. Nasurile electronice tradiționale necesită adesea echipamente voluminoase, ceea ce le face imposibile pentru multe aplicații. Cipurile olfactive biomimetice dezvoltate de echipa Prof. Fan abordează această problemă prin integrarea unui număr mare de senzori de gaz pe un singur cip compact.

O altă provocare semnificativă în olfacția artificială a fost creșterea capacităților de recunoaștere a sistemului, în special atunci când se confruntă cu amestecuri complexe de mirosuri. În scenariile din lumea reală, mirosurile sunt adesea compuse din mai multe gaze și compuși organici volatili, ceea ce face dificilă identificarea și cuantificarea precisă a fiecărei componente a nasurilor electronice convenționale.

Prin valorificarea nanotehnologiei avansate și a inteligenței artificiale, cipurile olfactive biomimetice pot procesa și interpreta datele de la senzorii de gaz mai eficient decât nasurile electronice tradiționale. Utilizarea algoritmilor de învățare automată îi permite BOC să învețe din experiențele trecute și să își îmbunătățească capacitățile de recunoaștere a mirosurilor în timp. Această adaptabilitate face din BOC un instrument puternic pentru diverse industrii, deoarece poate fi adaptat pentru a detecta și identifica mirosurile specifice relevante pentru fiecare aplicație.

Performanță și aplicații excepționale

Într-o demonstrație notabilă, cercetătorii au integrat cipurile olfactive cu senzori de vedere pe un câine robot, creând un sistem olfactiv și vizual combinat. Această configurație unică a permis robotului să identifice cu precizie obiectele din cutii oarbe, arătând potențialul de integrare a BOC cu alte tehnologii de detectare pentru a crea sisteme inteligente mai avansate și mai capabile.

Aplicațiile pentru cipurile olfactive biomimetice sunt vaste și se întind în mai multe industrii. În industria alimentară, BOC poate fi utilizat pentru controlul calității, detectarea deteriorării și asigurarea siguranței alimentelor. Monitorizarea mediului este un alt domeniu cheie de aplicare, în care cipurile pot fi folosite pentru a detecta gaze nocive, poluanți și alți contaminanți din aer.

Domeniul medical poate beneficia și de tehnologia BOC, deoarece cipurile pot fi folosite pentru a diagnostica boli prin detectarea unor compuși organici volatili (COV) specifici în respirația sau fluidele corporale ale pacientului. Această metodă de diagnostic neinvazivă ar putea duce la detectarea și tratamentul mai devreme a diferitelor boli.

În medii industriale, cipurile olfactive biomimetice pot fi folosite pentru monitorizarea și controlul proceselor, asigurând siguranța și calitatea produselor. Cipurile pot detecta scurgeri de gaz, pot monitoriza emisiile și pot identifica pericolele potențiale în timp real, permițând răspunsuri rapide și măsuri preventive.

Performanța excepțională și aplicațiile ample ale cipurilor olfactive biomimetice demonstrează potențialul lor de a revoluționa diverse industrii. Pe măsură ce tehnologia continuă să avanseze, este de așteptat ca BOC să găsească și mai multe utilizări în diferite sectoare, îmbunătățind siguranța, eficiența și controlul calității în numeroase procese.