Новаторские биомиметические обонятельные чипы используют ИИ для того, чтобы роботы могли чувствовать запахи

Разработка искусственных обонятельных датчиков была давней проблемой для исследователей во всем мире. Создание электронных носов (е-носов), которые могут эффективно различать сложные смеси запахов, подобно биологической обонятельной системе, оказалось трудным из-за проблем с миниатюризацией и возможностями распознавания. Однако команда исследователей под руководством профессора ФАН Жиёна из Университета науки и технологий Гонконга (HKUST) сделала значительный прорыв в этой области с помощью своих новых биомиметических обонятельных чипов (BOC).

Биомиметические обонятельные чипы (BOC)

Биомиметические обонятельные чипы, или BOC, разработанные командой профессора Фана, являются новаторским изобретением в области искусственного обоняния. Эти крошечные чипы предназначены для имитации того, как люди и животные обнаруживают запахи, что делает их более точными и эффективными, чем предыдущие системы искусственного обоняния.

Каждый BOC содержит до 10 000 крошечных газовых датчиков, которые расположены таким образом, что напоминает биологическую обонятельную систему. Этот уникальный дизайн позволяет чипу обнаруживать и различать широкий спектр запахов, даже когда они смешаны вместе в сложных комбинациях.

Одной из ключевых особенностей BOC является использование специального материала с переменной композицией по всей поверхности чипа. Этот градиентный дизайн позволяет интегрировать на одном чипе множество разных типов датчиков, что делает возможным обнаружение широкого спектра запахов, сохраняя при этом компактность чипа.

Газовые датчики, используемые в BOC, чрезвычайно чувствительны и могут обнаруживать даже самые слабые следы различных газов и летучих органических соединений (ЛОС). Эти датчики построены на субстрате с крошечными порами, что обеспечивает большую поверхность для взаимодействия с газами, повышая чувствительность и время отклика чипа.

Объединив эту передовую технологию датчиков с алгоритмами искусственного интеллекта, BOC может обрабатывать и интерпретировать данные от газовых датчиков, что позволяет ему идентифицировать и различать разные запахи с замечательной точностью.

Изображение: HKUST

Преодоление проблем в искусственном обонянии

Разработка систем искусственного обоняния была сложной задачей для исследователей из-за нескольких ключевых препятствий. Одной из основных трудностей было миниатюризирование системы, сохраняя при этом ее эффективность. Традиционные электронные носы часто требуют громоздкого оборудования, что делает их непрактичными для многих применений. Биомиметические обонятельные чипы, разработанные командой профессора Фана, решают эту проблему, интегрируя большое количество газовых датчиков на одном компактном чипе.

Другой значительной проблемой в искусственном обонянии было повышение возможностей распознавания системы, особенно при работе с сложными смесями запахов. В реальных сценариях запахи часто состоят из множества газов и летучих органических соединений, что делает трудным для традиционных электронных носов точно идентифицировать и количественно оценить каждый компонент.

Используя передовую нанотехнологию и искусственный интеллект, биомиметические обонятельные чипы могут более эффективно обрабатывать и интерпретировать данные от газовых датчиков, чем традиционные электронные носы. Использование алгоритмов машинного обучения позволяет BOC учиться на прошлом опыте и улучшать свои возможности распознавания запахов со временем. Эта адаптивность делает BOC мощным инструментом для различных отраслей, поскольку его можно настроить для обнаружения и идентификации конкретных запахов, актуальных для каждого применения.

Исключительные характеристики и применения

В одном из заметных демонстраций исследователи интегрировали обонятельные чипы с датчиками зрения на роботе-собаке, создавая объединенную обонятельную и зрительную систему. Этот уникальный набор позволил роботу точно идентифицировать объекты в слепых коробках, демонстрируя потенциал для интеграции BOC с другими датчиками для создания более совершенных и способных интеллектуальных систем.

Изображение: HKUST

Применения биомиметических обонятельных чипов обширны и охватывают множество отраслей. В пищевой промышленности BOC можно использовать для контроля качества, обнаружения порчи и обеспечения безопасности пищевых продуктов. Мониторинг окружающей среды является еще одной ключевой областью применения, где чипы можно использовать для обнаружения вредных газов, загрязнителей и других воздушных загрязнений.

Медицинская область также может извлечь выгоду из технологии BOC, поскольку чипы можно использовать для диагностики заболеваний путем обнаружения конкретных летучих органических соединений (ЛОС) в дыхании или биологических жидкостях пациента. Этот неинвазивный метод диагностики может потенциально привести к более раннему обнаружению и лечению различных заболеваний.

В промышленных условиях биомиметические обонятельные чипы можно использовать для мониторинга и контроля процессов, обеспечивая безопасность и качество продукции. Чипы могут обнаруживать утечки газа, контролировать выбросы и выявлять потенциальные опасности в режиме реального времени, что позволяет быстро реагировать и принимать превентивные меры.

Исключительные характеристики и широкий спектр применений биомиметических обонятельных чипов демонстрируют их потенциал революционизировать различные отрасли. По мере дальнейшего развития технологии ожидается, что BOC найдут еще больше применений в различных секторах, улучшая безопасность, эффективность и контроль качества во множестве процессов.