צוות מחקר בראשות בית הספר להנדסה של אוניברסיטת הונג קונג למדע ו טכנולוגיה (HKUST) התמודדה עם האתגר רב השנים של יצירת חיישני ריח מלאכותיים עם מערכים של חיישני גז מגוונים בעלי ביצועים גבוהים.
שבבי הריח הביומימטיים החדשים שפותחו (BOC) מסוגלים לשלב מערכי חיישני ננו-צינורות על מצעים ננו-נקביים עם עד 10,000 חיישני גז הניתנים להתייחסות בנפרד לכל שבב, תצורה שדומה לאופן פעולת ריח הריח עבור בני אדם ובעלי חיים אחרים.
במשך עשרות שנים, חוקרים ברחבי העולם מפתחים ריח מלאכותי ואפים אלקטרוניים (e-noses) במטרה לחקות את המנגנון המורכב של מערכת הריח הביולוגית כדי להבחין בתערובות ריח מורכבות ביעילות. עם זאת, האתגרים העיקריים של הפיתוח שלהם טמונים בקושי למזער את המערכת ולהגדיל את יכולות הזיהוי שלה בקביעת מיני הגז המדויקים וריכוזיהם בתוך תערובות ריח מורכבות.
כדי להתמודד עם סוגיות אלה, צוות המחקר בראשות פרופ' פאן ז'יונג, פרופסור יו"ר במחלקה ל-HKUST אֶלֶקטרוֹנִי & הנדסת מחשבים והמחלקה להנדסה כימית וביולוגית, השתמשו בשיפוע הרכב חומרים מהונדס המאפשר מערכים רחבים של חיישנים מגוונים על שבב אחד קטן במבנה ננו.
תוך מינוף כוחה של בינה מלאכותית, שבבי הריח הביומימטיים שלהם מפגינים רגישות יוצאת דופן לגזים שונים עם יכולת הבחנה מעולה לגזים מעורבים ו-24 ריחות ברורים. מתוך חזון להרחיב את יישומי שבב הריח שלהם, הצוות גם שילב את השבבים עם חיישני ראייה על כלב רובוט, ויצר מערכת משולבת חוש ריח וראייה שיכולה לזהות במדויק אובייקטים בקופסאות עיוורות.
הפיתוח של שבבי הריח הביומימטיים לא רק ישפר את היישומים הרחבים הקיימים של מערכות הריח המלאכותי והאף האלקטרוני בבקרת תהליכים במזון, סביבתי, רפואי ותעשייתי, אלא גם יפתח אפשרויות חדשות במערכות חכמות, כגון רובוטים מתקדמים מכשירים חכמים ניידים, ליישומים בסיורי אבטחה ופעולות חילוץ.
לדוגמה, ביישומים שלהם בניטור בזמן אמת ובבקרת איכות, שבבי הריח הביומימטיים יכולים לשמש כדי לזהות ולנתח ריחות ספציפיים או תרכובות נדיפות הקשורות לשלבים שונים של תהליכים תעשייתיים כדי להבטיח בטיחות, לזהות כל גזים חריגים או מסוכנים בסביבה. ניטור; ולזהות דליפה בצינורות כדי להקל על תיקון בזמן.
הטכנולוגיה המוצגת במחקר זה משמשת פריצת דרך מרכזית בתחום הדיגיטציה של ריחות. בעוד הקהילה המדעית עדה לשכיחות הניצחון של דיגיטציה של מידע חזותי, הנעזרת בטכנולוגיות חישת הדמיה מודרניות ובוגרות, תחום המידע המבוסס על ריח עדיין נותר ללא ניצול עקב היעדר חיישני ריח מתקדמים.
העבודה שערך צוותו של פרופ' פאן סללה את הדרך לפיתוח חיישני ריח ביו-מימטיים בעלי פוטנציאל עצום. עם התקדמות נוספת, חיישנים אלה יכולים למצוא שימוש נרחב, בדומה לנוכחות בכל מקום של מצלמות ממוזערות בטלפונים סלולריים ובאלקטרוניקה ניידת, ובכך להעשיר ולהגביר את איכות החיים של אנשים.
פרופ' פאן, חוקר במדע והנדסת חומרים בין-תחומיים, להוט לשלב גישה מעשית עם דמיון נועז בהנעת מחקר מהשורה הראשונה שיוצר השפעה חברתית. עבד על מערכות חישה ביו-מימטיות במשך יותר משני עשורים, הוא התחיל לראשונה עם מערכת הראייה ופיתח בהצלחה את העין המלאכותית הכדורית הראשונה בעולם עם רשתית תלת מימדית בשנת 3. כשהוא רוכב על הצלחה זו, הוא העז לתוך מערכת הריח והעלה את עבודתו על ידי שילוב שתי המערכות למימוש רובוטים חכמים יותר עם יישומים מורחבים.
"בעתיד, עם פיתוח חומרים תואמים ביו, אנו מקווים שניתן למקם את שבב הריח הביומימטי גם על גוף האדם כדי לאפשר לנו להריח ריח שבדרך כלל לא ניתן להריח. זה יכול גם לנטר את החריגות במולקולות אורגניות נדיפות בנשימה שלנו ונפלטות מהעור שלנו, כדי להזהיר אותנו על מחלות אפשריות, ולהגיע לפוטנציאל נוסף של הנדסה ביומימטית", אמר פרופ' פאן.