بینی الکترونیکی هم به بازار آمد

مخاطب۲۴- به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، محققان موسسه علم و فناوری داگو گیئونگبوک (DGIST) در کره جنوبی، موفق به توسعه یک مجموعه حسگر گرافن لیزری (LIG) با ویژگی‌های خاص شده‌اند که به عنوان یک «بویاب الکترونیکی هوشمند نسل جدید» عمل می‌کند.

این سیستم قادر است بو‌ها را مشابه با سیستم بویایی انسان شناسایی کرده و آنها را با استفاده از هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل کند. فناوری مذکور مولکول‌های بو را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کرده و مدل‌های هوش مصنوعی را بر اساس الگو‌های منحصر‌به‌فرد این سیگنال‌ها آموزش می‌دهد. این نوآوری می‌تواند کاربرد‌های زیادی در حوزه‌های مراقبت‌های بهداشتی شخصی، صنعت لوازم آرایشی و نظارت بر محیط زیست داشته باشد.

اگرچه بویاب‌های الکترونیکی (e-nose) قبلاً در زمینه‌هایی مانند ایمنی غذا و تشخیص گاز در محیط‌های صنعتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما آنها در شناسایی تفاوت‌های ظریف بین بو‌های مشابه یا تجزیه و تحلیل ترکیب‌های پیچیده بویایی با مشکل مواجه هستند. برای مثال، تشخیص تفاوت بین عطر‌های مشابه یا شناسایی بوی ضعیف میوه‌هایی که در آستانه فساد هستند، هنوز چالشی برای سیستم‌های موجود است. این نقص موجب تقاضا برای فناوری‌های نسل جدید بویاب‌های الکترونیکی با دقت، حساسیت و تطبیق‌پذیری بیشتر شده است.

این تیم تحقیقاتی از مکانیزم بیولوژیکی شناخته‌شده به نام کدنویسی ترکیبی الهام گرفته است که در آن یک مولکول بویایی واحد چندین گیرنده بویایی را فعال می‌کند تا الگوی منحصر به فردی از سیگنال‌های عصبی ایجاد کند. با تقلید از این اصل، این تیم حسگر‌هایی را طراحی کرده است که به مولکول‌های بو پاسخ می‌دهند و ترکیب‌های خاصی از سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کنند.

سیستم هوش مصنوعی، این سیگنال‌های پیچیده را یاد می‌گیرد تا بتواند بوی‌های مختلف را با دقت شناسایی و طبقه‌بندی کند و در نهایت یک پلتفرم بویایی مصنوعی با عملکرد بالا ایجاد کند که از فناوری‌های موجود فراتر می‌رود.

این بویاب الکترونیکی نوآورانه از لیزر برای پردازش گرافن استفاده کرده و یک نانوکاتالیزور اکسید سریم را برای ایجاد مجموعه حسگر حساس به بو اضافه می‌کند. این روش ساخت لیزری تک‌مرحله‌ای، نیاز به تجهیزات تولید پیچیده را از بین می‌برد و تولید مجموعه‌های حسگر یکپارچه با کارایی بالا را امکان‌پذیر می‌سازد.

در آزمایش‌های عملکرد، این دستگاه توانست نه رایحه رایج در عطر و لوازم آرایشی را با دقت بیش از ۹۵ درصد شناسایی کند. همچنین قادر بود غلظت هر بو را تخمین بزند، که این ویژگی آن را برای تحلیل دقیق بویایی مناسب می‌سازد.

این دستگاه فوق‌العاده نازک، انعطاف‌پذیر و با دوام بالا است و آن را برای دستگاه‌های پوشیدنی یا برچسب‌های روشن که به پوست یا لباس متصل می‌شوند، ایده‌آل می‌سازد. این دستگاه می‌تواند بیش از ۳۰ هزار بار بدون اُفت عملکرد در شعاع ۲.۵ میلی‌متری خم شود.

پروفسور هیوک جون کوان (Hyuk-jun Kwon)، استاد بخش مهندسی برق و علوم کامپیوتر در DGIST، در این خصوص گفت: نوآوری اصلی تحقیقات ما توانایی ادغام چندین حسگر حساس به بو با ویژگی‌های مختلف، مشابه با بینی انسان، در یک واحد از طریق فرآیند ساخت لیزری انتخابی تک‌مرحله‌ای است. ما در حال گسترش تلاش‌های توسعه و تجاری‌سازی برای استفاده از این فناوری در مراقبت‌های بهداشتی شخصی، تشخیص آلودگی محیطی و صنعت عطرسازی هستیم.

این فناوری، افق‌های جدیدی را در زمینه شناسایی بو‌ها با استفاده از هوش مصنوعی و گرافن برای کاربرد‌های مختلف از جمله بهداشت، محیط‌زیست و عطرسازی باز می‌کند.