Давнюю проблему создания искусственных обонятельных сенсоров с помощью множества разнообразных высокопроизводительных газовых сенсоров решила исследовательская группа из Инженерной школы Гонконгского университета науки и технологий (HKUST), 28 марта сообщает пресс-служба университета.

Разработанные учеными HKUST биомиметические (имитирующие природные модели, системы и элементы) обонятельные чипы (BOC) интегрируют в себе массив датчиков нанотрубок на нанопористых подложках, содержащий до 10 000 индивидуально настроенных датчиков газа на чип. Их конфигурация воссоздает структуру того, как работает обоняние у людей и животных.

Искусственное обоняние и электронные носы давно разрабатываются научными коллективами во всем мире с целью имитировать сложный механизм биологической обонятельной системы для эффективного различения сложных запахов.

Основной проблемой при их разработке является сложность миниатюризации такой системы и увеличения точности определения видов газов и их концентраций в случае сложных смесей одорантов.

Для решения этой проблемы исследовательская группа, руководимая профессором Чжиён Фанем, завкафедрой электронной и компьютерной инженерии и кафедры химической и биологической инженерии HKUST, применила специально разработанный градиент состава материала, позволяющий использовать на одном небольшом наноструктурном чипе широкий спектр разнообразных датчиков.

Исключительно высокая чувствительность к различным газам в этих датчиках обеспечивается за счет использования возможностей искусственного интеллекта, что позволяет различать в газовых смесях до 24 различных запахов.

Для расширения возможностей применения таких обонятельных чипов, ученые интегрировали их в видеосенсоры собаки-робота, получив таким образом комбинированную обонятельную и зрительную систему, которая может точно идентифицировать объекты, например, в ящиках.

Такой электронный нос найдет применение в пищевой, экологической, медицинской, промышленной и других сферах, но также откроет новые возможности для интеллектуальных систем — роботов или портативных интеллектуальных устройств для мониторинга безопасности, в том числе на промышленных объектах, а также в спасательных операциях.

Он сможет обнаружить любые аномальные или опасные газы в процессе мониторинга окружающей среды или помещений в промышленных или общественных зданиях; выявлять утечки в различных трубопроводах для их своевременного устранения.

Еще одним прорывом в разработке интеллектуальных систем станет возможность с помощью этой инновационной технологии выполнить оцифровку запахов. В то время как уже широко распространилась оцифровка визуальной информации, эта сфера информации на основе запахов всё еще остается неразработанной из-за отсутствия точных датчиков запаха.

При дальнейшем развитии датчики, созданные командой профессора Фаня, могут восполнить этот недостаток, найдя широкое применение, такое, как, например, миниатюрные камеры, в сотовых телефонах и портативной электронике, обогатив и улучшив качество жизни людей.

«В будущем, с разработкой подходящих биосовместимых материалов, мы надеемся, что биомиметический обонятельный чип также можно будет разместить на теле человека, чтобы мы смогли почувствовать запах, который обычно невозможно уловить. Он также может, раскрывая дальнейший потенциал биомиметической инженерии, отслеживать отклонения в летучих органических молекулах в нашем дыхании и выделяемых нашей кожей, чтобы предупреждать нас о потенциальных заболеваниях», — сказал профессор Фань.

Результаты исследования созданных научным коллективом HKUST обонятельных сенсоров были представлены в статье «Биомиметические обонятельные чипы на основе крупномасштабных монолитно интегрированных сенсорных матриц из нанотрубок», опубликованной в журнале Nature Electronics.