Uma equipe de pesquisa liderada pela Escola de Engenharia da Universidade de Ciências de Hong Kong e Equipar (HKUST) abordou o desafio de longa data de criar sensores olfativos artificiais com conjuntos de diversos sensores de gás de alto desempenho.
Seus chips olfativos biomiméticos (BOC) recentemente desenvolvidos são capazes de integrar conjuntos de sensores de nanotubos em substratos nanoporosos com até 10,000 sensores de gás endereçáveis individualmente por chip, uma configuração que é semelhante à forma como o olfato funciona para humanos e outros animais.
Durante décadas, investigadores de todo o mundo têm desenvolvido olfato artificial e narizes eletrónicos (nariz eletrónico) com o objetivo de emular o intrincado mecanismo do sistema olfativo biológico para discernir eficazmente misturas odoríferas complexas. No entanto, os principais desafios do seu desenvolvimento residem na dificuldade de miniaturizar o sistema e aumentar as suas capacidades de reconhecimento na determinação das espécies exactas de gases e das suas concentrações dentro de misturas odoríferas complexas.
Para resolver essas questões, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Fan Zhiyong, Professor Catedrático do Departamento de Eletrônico & Engenharia de Computação e Departamento de Engenharia Química e Biológica, usaram um gradiente de composição de material projetado que permite amplas matrizes de diversos sensores em um pequeno chip nanoestruturado.
Aproveitando o poder da inteligência artificial, seus chips olfativos biomiméticos exibem sensibilidade excepcional a vários gases, com excelente capacidade de distinção para gases mistos e 24 odores distintos. Com o objetivo de expandir as aplicações de seus chips olfativos, a equipe também integrou os chips com sensores de visão em um cão-robô, criando um sistema olfativo e visual combinado que pode identificar com precisão objetos em caixas cegas.
O desenvolvimento dos chips olfativos biomiméticos não só melhorará as amplas aplicações existentes dos sistemas de olfato artificial e de narizes eletrônicos no controle de processos alimentares, ambientais, médicos e industriais, mas também abrirá novas possibilidades em sistemas inteligentes, como robôs avançados e dispositivos inteligentes portáteis, para aplicações em patrulhas de segurança e operações de resgate.
Por exemplo, nas suas aplicações de monitorização em tempo real e controlo de qualidade, os chips olfactivos biomiméticos podem ser utilizados para detectar e analisar odores específicos ou compostos voláteis associados a diferentes fases de processos industriais para garantir a segurança, detectar quaisquer gases anormais ou perigosos no ambiente. monitoramento; e identificar vazamentos em tubulações para facilitar o reparo oportuno.
A tecnologia apresentada neste estudo serve como um avanço fundamental no domínio da digitalização de odores. À medida que a comunidade científica testemunha a prevalência triunfante da digitalização da informação visual, facilitada por tecnologias modernas e maduras de detecção de imagens, o domínio da informação baseada em aromas ainda permanece inexplorado devido à ausência de sensores avançados de odores.
O trabalho realizado pela equipe do Prof. Fan abriu caminho para o desenvolvimento de sensores biomiméticos de odor que possuem imenso potencial. Com mais avanços, esses sensores poderão ser amplamente utilizados, semelhante à presença onipresente de câmeras miniaturizadas em telefones celulares e eletrônicos portáteis, enriquecendo e melhorando assim a qualidade de vida das pessoas.
Estudioso em ciência e engenharia interdisciplinar de materiais, o Prof. Fan está interessado em combinar uma abordagem prática com imaginação ousada para impulsionar pesquisas de alto nível que gerem impacto social. Trabalhando em sistemas sensoriais biomiméticos por mais de duas décadas, ele começou com o sistema visual e desenvolveu com sucesso o primeiro olho artificial esférico do mundo com retina 3D em 2020. Aproveitando esse sucesso, ele se aventurou no sistema olfativo e elevou seu trabalho ao integrando ambos os sistemas para criar robôs mais inteligentes com aplicações expandidas.
“No futuro, com o desenvolvimento de materiais biocompatíveis adequados, esperamos que o chip olfativo biomimético também possa ser colocado no corpo humano para nos permitir cheirar um odor que normalmente não pode ser sentido. Ele também pode monitorar as anormalidades nas moléculas orgânicas voláteis da nossa respiração e emitidas pela nossa pele, para nos alertar sobre possíveis doenças, alcançando ainda mais o potencial da engenharia biomimética”, disse o Prof.