Исследовательская группа под руководством Инженерной школы Гонконгского университета науки и Технологии (HKUST) решила давнюю проблему создания искусственных обонятельных сенсоров с помощью множества разнообразных высокопроизводительных газовых сенсоров.
Их недавно разработанные биомиметические обонятельные чипы (BOC) способны интегрировать массивы датчиков нанотрубок на нанопористых подложках с до 10,000 XNUMX индивидуально адресуемых датчиков газа на чип, конфигурация, которая аналогична тому, как обоняние работает у людей и других животных.
На протяжении десятилетий исследователи во всем мире разрабатывали искусственное обоняние и электронные носы (электронные носы) с целью имитировать сложный механизм биологической обонятельной системы для эффективного распознавания сложных смесей запахов. Тем не менее, основные проблемы их разработки заключаются в сложности миниатюризации системы и увеличения ее возможностей распознавания при определении точных видов газов и их концентраций в сложных смесях одорантов.
Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа под руководством профессора Фань Чжиюн, заведующего кафедрой HKUST. Электронный & Компьютерная инженерия и Департамент химической и биологической инженерии использовали искусственный градиент состава материала, который позволяет разместить широкий спектр разнообразных датчиков на одном небольшом наноструктурированном чипе.
Используя возможности искусственного интеллекта, их биомиметические обонятельные чипы демонстрируют исключительную чувствительность к различным газам, отличную различимость газовых смесей и 24 различных запаха. Стремясь расширить возможности применения своих обонятельных чипов, команда также интегрировала чипы с видеосенсорами на собаке-роботе, создав объединенную обонятельную и зрительную систему, которая может точно идентифицировать объекты в слепых ящиках.
Разработка биомиметических обонятельных чипов не только улучшит существующие широкие применения систем искусственного обоняния и электронных носов в пищевых, экологических, медицинских и промышленных процессах, но также откроет новые возможности в интеллектуальных системах, таких как современные роботы и портативные интеллектуальные устройства для патрулирования безопасности и спасательных операций.
Например, в своих приложениях для мониторинга и контроля качества в режиме реального времени биомиметические обонятельные чипы могут использоваться для обнаружения и анализа специфических запахов или летучих соединений, связанных с различными этапами промышленных процессов, для обеспечения безопасности, обнаружения любых аномальных или опасных газов в окружающей среде. мониторинг; и выявлять утечки в трубах, чтобы облегчить своевременный ремонт.
Технология, представленная в этом исследовании, является важнейшим прорывом в области оцифровки запахов. В то время как научное сообщество является свидетелем триумфального распространения оцифровки визуальной информации, чему способствуют современные и зрелые технологии восприятия изображений, сфера информации на основе запахов все еще остается неиспользованной из-за отсутствия передовых датчиков запаха.
Работа, проведенная командой профессора Фана, проложила путь к разработке биомиметических датчиков запаха, обладающих огромным потенциалом. При дальнейшем развитии эти датчики могут найти широкое применение, подобно повсеместному присутствию миниатюрных камер в сотовых телефонах и портативной электронике, тем самым обогащая и улучшая качество жизни людей.
Ученый в области междисциплинарного материаловедения и инженерии, профессор Фан стремится сочетать практический подход со смелым воображением в проведении первоклассных исследований, оказывающих социальное воздействие. Работая над биомиметическими сенсорными системами более двух десятилетий, он сначала начал со зрительной системы и в 3 году успешно разработал первый в мире сферический искусственный глаз с трехмерной сетчаткой. Опираясь на этот успех, он решил заняться обонятельной системой и поднял свою работу на интеграция обеих систем для создания более интеллектуальных роботов с расширенными приложениями.
«В будущем, с разработкой подходящих биосовместимых материалов, мы надеемся, что биомиметический обонятельный чип также можно будет разместить на человеческом теле, чтобы мы могли чувствовать запах, который обычно невозможно уловить. Он также может отслеживать отклонения в летучих органических молекулах в нашем дыхании и выделяемых нашей кожей, чтобы предупреждать нас о потенциальных заболеваниях, раскрывая дальнейший потенциал биомиметической инженерии», — сказал профессор Фан.