Новаторські біомімікричні чипи запаху використовують ІІ для надання роботам можливості запаху

Розробка штучних сенсорів запаху була тривалим викликом для дослідників усьому світі. Створення електронних нізів (е-нізів), які можуть ефективно розрізняти складні суміші запахів, подібні до біологічної системи запаху, виявилося складним через проблеми з мініатюризацією та можливостями розпізнавання. Однак команда дослідників під керівництвом проф. ФАН Жиюня з Гонконзького університету науки і технологій (HKUST) зробила значний прорив у цій галузі з їхнім новим біомімікричним чипом запаху (BOC).

Біомімікричні чипи запаху (BOC)

Біомімікричні чипи запаху, або BOC, розроблені командою проф. Фана, є новаторським винаходом у сфері штучного виявлення запаху. Ці крихітні чипи призначені для імітації того, як люди та тварини виявляють запахи, що робить їх більш точними та ефективними, ніж попередні штучні системи запаху.

Кожен BOC містить до 10 000 крихітних сенсорів газу, які розташовані таким чином, що нагадує біологічну систему запаху. Цей унікальний дизайн дозволяє чипу виявляти та розрізняти широкий спектр запахів, навіть коли вони змішані разом у складних комбінаціях.

Однією з ключових особливостей BOC є використання спеціальної матеріальної композиції, яка варіюється по всьому чипу. Цей градієнтний дизайн дозволяє інтегрувати багато різних типів сенсорів на одному чипі, що робить можливим виявлення широкого спектра запахів, зберігаючи при цьому чип малим і компактним.

Сенсори газу, використані в BOC, надзвичайно чутливі та можуть виявляти навіть найменші сліди різних газів і летючих органічних сполук (ЛОС). Ці сенсори побудовані на субстраті з крихітними порами, що забезпечує велику поверхню для взаємодії газів, підвищуючи чутливість і швидкість реакції чипа.

Об’єднавши цю передову технологію сенсорів з алгоритмами штучного інтелекту, BOC може обробляти та інтерпретувати дані з сенсорів газу, що дозволяє йому ідентифікувати та розрізняти різні запахи з видатною точністю.

Image: HKUST

Подолання викликів у штучному запахуванні

Розробка штучних систем запаху була складним завданням для дослідників через кілька ключових перешкод. Однією з основних труднощів була мініатюризація системи при збереженні її ефективності. Традиційні е-нізи часто вимагають громіздкого обладнання, що робить їх непрактичними для багатьох застосунків. Біомімікричні чипи запаху, розроблені командою проф. Фана, вирішують цю проблему, інтегруючи велику кількість сенсорів газу на одному компактному чипі.

Іншим значним викликом у штучному запахуванні є підвищення можливостей розпізнавання системи, особливо при роботі з складними сумішами запахів. У реальних сценаріях запахи часто складаються з декількох газів і летючих органічних сполук, що робить їх складними для традиційних е-нізів точно ідентифікувати та кількісно оцінити кожну складову.

Об’єднавши передову нанотехнологію та штучний інтелект, біомімікричні чипи запаху можуть обробляти та інтерпретувати дані з сенсорів газу більш ефективно, ніж традиційні е-нізи. Використання алгоритмів машинного навчання дозволяє BOC навчатися на минулих досвідах і покращувати свої можливості розпізнавання запахів з часом. Ця адаптивність робить BOC потужним інструментом для різних галузей, оскільки його можна налаштувати для виявлення та ідентифікації конкретних запахів, актуальних для кожної галузі.

Видатна продуктивність та застосування

У одному з відомих демонстрацій дослідники інтегрували чипи запаху з візуальними сенсорами на роботі-собаку, створивши комбіновану систему запаху та зору. Ця унікальна установка дозволила роботові точно ідентифікувати об’єкти у сліпих коробках, демонструючи потенціал для інтеграції BOC з іншими сенсорними технологіями для створення більш просунутих і здатних інтелектуальних систем.

Image: HKUST

Застосування біомімікричних чипів запаху величезні та охоплюють декілька галузей. У харчовій промисловості BOC можна використовувати для контролю якості, виявлення псування та забезпечення безпеки харчових продуктів. Мониторинг навколишнього середовища є ще однією ключовою галуззю застосування, де чипи можна використовувати для виявлення шкідливих газів, забруднювачів та інших повітряних забруднювачів.

Медична галузь також може виграти від технології BOC, оскільки чипи можна використовувати для діагностики захворювань шляхом виявлення конкретних летючих органічних сполук (ЛОС) у диханні чи біологічних рідинах пацієнта. Цей неінвазивний діагностичний метод міг би потенційно привести до ранньої діагностики та лікування різних захворювань.

У промислових умовах біомімікричні чипи запаху можна використовувати для моніторингу та контролю процесів, забезпечення безпеки та якості продукції. Чипи можуть виявляти газові витоки, моніторити викиди та ідентифікувати потенційні небезпеки в реальному часі, що дозволяє швидко реагувати та запобігати небезпекам.

Видатна продуктивність та широке застосування біомімікричних чипів запаху демонструють їхній потенціал революціонізувати різні галузі. По мірі подальшого розвитку технології очікується, що BOC знайде ще більше застосунків у різних секторах, покращуючи безпеку, ефективність та контроль якості у численних процесах.