Новаторські біоміміетичні чіпси для запаху використовують штучний інтелект для надання роботам можливості запаху

Розробка штучних сенсорів запаху була тривалим викликом для дослідників усьому світі. Створення електронних ніздрів (е-ніздрів), 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 професора ФАН Чжиюна з Гонконзького університету науки і технологій (HKUST) зробила значний прорив у цій галузі зі своєю новою розробкою біоміміетичних чіпсів для запаху (BOC).

Біоміміетичні чіпси для запаху (BOC)

Біоміміетичні чіпси для запаху, або BOC, розроблені командою професора Фана, є новаторським винаходом у сфері штучного виявлення запаху. Ці маленькі чіпси призначені для模імікриювання того, як люди та тварини виявляють запахи, що робить їх більш точними та ефективними, ніж попередні системи штучного виявлення запаху.

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

Однією з ключових особливостей BOC є використання спеціального матеріалу з різним складом по всьому чіпсу. Цей градієнтний дизайн дозволяє інтегрувати багато різних типів сенсорів на одному чіпсі, що робить його можливим виявляти широкий спектр запахів, зберігаючи при цьому чіп малим і компактним.

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

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

Зображення: HKUST

Подолання викликів у штучному виявленні запаху

Розробка штучних систем виявлення запаху була складним завданням для дослідників через кілька ключових перешкод. Однією з основних труднощів було мініатюризація системи, зберігаючи при цьому її ефективність. Традиційні е-ніздрі часто вимагають громіздкого обладнання, що робить їх непрактичними для багатьох застосунків. Біоміміетичні чіпси для запаху, розроблені командою професора Фана, вирішують цю проблему, інтегруючи велику кількість сенсорів газу на одному компактному чіпсі.

Іншою значною перешкодою у штучному виявленні запаху було підвищення можливостей розпізнавання системи, особливо при роботі з складними сумішами запахів. У реальних сценаріях запахи часто складаються з декількох газів та летючих органічних сполук, що робить їх важкими для точної ідентифікації та кількісної оцінки традиційними е-ніздрями.

Об’єднавши передову нанотехнологію та штучний інтелект, біоміміетичні чіпси для запаху можуть обробляти та інтерпретувати дані від сенсорів газу більш ефективно, ніж традиційні е-ніздрі. Використання алгоритмів машинного навчання дозволяє BOC навчатися на минулих досвідах та 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.

Виняткова продуктивність та застосування

У одному з відомих демонстрацій дослідники інтегрували чіпси запаху з сенсорами зору 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 та здатних інтелектуальних систем.

Зображення: HKUST

Застосування біоміміетичних чіпсів для запаху є величезними 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 сферою застосування, де чіпси можна використовувати для виявлення шкідливих газів, забруднювачів та інших повітряних забруднювачів.

Медична галузь також може виграти від технології BOC, оскільки чіпси можна використовувати для діагностики захворювань шляхом виявлення конкретних летючих органічних сполук (ЛОС) у диханні пацієнта або рідинах організму. Цей неінвазивний діагностичний метод потенційно може привести до раннього виявлення та лікування різних захворювань.

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

Виняткова продуктивність та широке застосування біоміміетичних чіпсів для запаху демонструють їх потенціал революціонізувати різні галузі. По мірі розвитку технології очікується, що BOC знайдуть ще більше застосунків у різних секторах, покращуючи безпеку, ефективність та контроль якості у численних процесах.