Fortschrittliche Gas- und Geruchserkennung durch biomimetische Chips

Fortschrittliche Gas- und Geruchserkennung durch biomimetische Chips wird von BTW Media aufgrund seiner Verbindung zu Internetinfrastruktur, Governance, Betriebsabhängigkeiten oder Marktsichtbarkeit basierend auf veröffentlichten Beweisen profiliert.

• Das Team vonProf. FAN Zhiyongintegriert Nanotube-Netzwerke für bis zu 10.000 Gassensoren pro Chip.
• Die BOC zeigen eine bemerkenswerte Empfindlichkeit und Unterscheidungsfähigkeit für 24 verschiedene Gerüche in komplexen Gemischen.

In einem revolutionären Durchbruch haben Ingenieure der HKUST die biomimetischen Geruchschips (BOC) vorgestellt und eine neue Ära in der Geruchserkennungstechnologie eingeläutet. Diese Chips, die die menschliche Geruchswahrnehmung nachahmen, bieten eine außergewöhnliche Empfindlichkeit und Unterscheidungsfähigkeit, revolutionieren die Geruchsanalyse und ebnen den Weg für innovative Anwendungen.

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Herausforderungen der künstlichen Geruchswahrnehmung meistern

Ein Team der School of Engineering der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) hat die langjährige Herausforderung der Herstellung künstlicher Geruchssensoren, die mit hochempfindlichen Gassensor-Arrays ausgestattet sind, erfolgreich gemeistert. Ihre bahnbrechende Errungenschaft sind die biomimetischen Geruchschips (BOC), die Nanotube-Sensor-Arrays auf nanoporösen Substraten integrieren, mit bis zu 10.000 Gassensoren pro Chip. Diese Konfiguration ahmt den Geruchsmechanismus bei Menschen und Tieren genau nach.

Seit Jahrzehnten bemühen sich Forscher weltweit um die Entwicklung der künstlichen Geruchswahrnehmung und elektronischer Nasen (E-Nasen), um die komplexe Funktionsweise biologischer Geruchssysteme nachzubilden, insbesondere um komplexe Geruchsmischungen zu unterscheiden. Allerdings haben erhebliche Hürden den Fortschritt behindert, hauptsächlich in Bezug auf die Miniaturisierung und die Verbesserung der Erkennungsfähigkeiten zur genauen Identifizierung von Gasarten und deren Konzentrationen in komplexen Geruchsmischungen.

Vielfältige Anwendungen und Integration mit Robotik

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat das Forschungsteam von Prof. FAN Zhiyong, das an der Abteilung für Elektrotechnik und Informatik und der Abteilung für Chemie- und Bioingenieurwesen der HKUST angesiedelt ist, einen Materialzusammensetzungsgradienten entwickelt, der die Integration verschiedener Sensoren auf einem kleinen nanostrukturierten Chip ermöglicht. Durch die Integration künstlicher Intelligenz zeigen ihre biomimetischen Geruchschips eine außergewöhnliche Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Gasen und können Gasgemische effektiv unterscheiden und 24 verschiedene Gerüche identifizieren.

Um die Anwendungen ihrer Geruchschips zu erweitern, hat das Team sie auch mit Vision-Sensoren auf einem Roboterhund integriert und so ein hybrides Geruchs- und Sichtsystem geschaffen, das Objekte in versteckten Fächern genau identifizieren kann.

Die Entwicklung der biomimetischen Geruchschips verspricht, bestehende Anwendungen in den Bereichen Lebensmittel, Umweltüberwachung, medizinische Diagnostik und industrielle Prozesssteuerung zu verbessern und gleichzeitig neue Möglichkeiten in intelligenten Systemen wie fortschrittlicher Robotik und intelligenten tragbaren Geräten für Sicherheitspatrouillen und Rettungseinsätze zu eröffnen.

Beispielsweise können die biomimetischen Geruchschips in Echtzeitüberwachungs- und Qualitätskontrollanwendungen spezifische Gerüche oder flüchtige Verbindungen, die mit verschiedenen Schritten industrieller Prozesse verbunden sind, erkennen und analysieren, um die Sicherheit zu gewährleisten, anormale oder gefährliche Gase in der Umweltüberwachung zu identifizieren und Rohrleitungslecks für schnelle Reparaturen zu lokalisieren.

Dieser technologische Fortschritt markiert einen bedeutenden Durchbruch bei der Digitalisierung von Gerüchen, vergleichbar mit der weit verbreiteten Digitalisierung visueller Informationen, die durch moderne Bildsensortechnologien ermöglicht wurde. Während visuelle Informationen erhebliche Fortschritte gemacht haben, ist die Geruchsinformation aufgrund des Mangels an fortschrittlichen Geruchssensoren ins Hintertreffen geraten. Die Arbeit des Teams von Prof.

Fan ebnet den Weg für die Entwicklung biomimetischer Geruchssensoren mit großem Potenzial für eine breite Anwendung, ähnlich der Allgegenwart von Miniaturkameras in Smartphones und Wearables, und bereichert so das Leben der Menschen.

Mit Blick auf die Zukunft plant Prof. Fan weitere Fortschritte in der biomimetischen Technik, bei denen biokompatible Materialien die Integration von Geruchschips in den menschlichen Körper ermöglichen könnten. Diese Innovation könnte die Erkennung normalerweise nicht wahrnehmbarer Gerüche ermöglichen und Anomalien flüchtiger organischer Moleküle im Atem und auf der Haut überwachen, um Frühwarnungen vor möglichen Krankheiten zu geben.