バイオミメティックチップによる高度なガスと匂いの検知

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• FAN Zhiyong 教授のチームは、ナノチューブアレイを統合し、1 チップあたり最大 10,000 個のガスセンサーを実現。
• BOC は、複雑な混合物において 24 種類の異なる匂いに対して優れた感度と識別能力を発揮します。

革新的な成果として、HKUST のエンジニアはバイオミメティック嗅覚チップ（BOC）を発表し、匂い検出技術の新時代を切り開きました。これらのチップは人間の嗅覚を模倣し、卓越した感度と識別能力を提供し、匂い分析に革命をもたらすとともに、革新的な応用への道を開きます。

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人工嗅覚の課題を克服

香港科技大学（HKUST）工学院の研究チームは、高性能ガスセンサーアレイを搭載した人工嗅覚センサーの製造という長年の課題を克服しました。その画期的な成果がバイオミメティック嗅覚チップ（BOC）であり、ナノポーラス基板上にナノチューブセンサーアレイを集積し、1 チップあたり最大 10,000 個のガスセンサーを搭載しています。この構成は、人間や動物の嗅覚メカニズムを忠実に模倣しています。

数十年にわたり、世界中の研究者たちは、生物の嗅覚系の複雑な機能、特に複雑な匂いの混合物を識別する能力を再現するために、人工嗅覚や電子鼻（e-nose）の開発に取り組んできました。しかし、主に微小化と、複雑な匂いの混合物中のガスの種類と濃度を正確に識別するための認識能力の向上において、大きな障壁が進歩を妨げてきました。

多様な応用とロボット工学との統合

これらの課題に対応するため、FAN Zhiyong 教授率いる研究チーム（HKUST 電子・コンピュータ工学科および化学・生物工学科所属）は、材料組成勾配を設計し、小型ナノ構造チップ上に多様なセンサーを集積することを可能にしました。人工知能の統合により、彼らのバイオミメティック嗅覚チップは様々なガスに対して優れた感度を示し、混合ガスを効果的に区別し、24 種類の異なる匂いを識別できます。嗅覚チップの応用範囲を拡大するため、チームはまた、ロボット犬に視覚センサーと統合し、隠された区画内の物体を正確に識別できるハイブリッド嗅覚・視覚システムを構築しました。

バイオミメティック嗅覚チップの開発は、食品、環境モニタリング、医療診断、産業プロセス制御といった既存の応用を向上させるだけでなく、高度なロボット工学やセキュリティパトロール、救助活動のためのスマートウェアラブルデバイスなど、インテリジェントシステムに新たな可能性を開きます。

たとえば、リアルタイム監視や品質管理の応用では、バイオミメティック嗅覚チップが産業プロセスのさまざまな段階に関連する特定の匂いや揮発性化合物を検出・分析し、安全性を確保したり、環境モニタリングで異常または危険なガスを特定したり、配管の漏れを素早く特定して修理することができます。

この技術的進歩は、匂いのデジタル化における画期的なブレークスルーであり、最新のイメージセンサー技術による視覚情報の広範なデジタル化に匹敵します。視覚情報が大幅に進歩した一方で、匂い情報は高度な匂いセンサーの不足により遅れをとってきました。Fan 教授のチームの研究は、スマートフォンやポータブル電子機器に搭載される超小型カメラの普及と同様に、広範な採用が期待されるバイオミメティック匂いセンサーの開発への道を開き、人々の生活を豊かにします。

将来を見据え、Fan 教授は、生体適合性材料を使用して嗅覚チップを人体に統合するバイオミメティック工学のさらなる進歩を構想しています。この革新により、通常は知覚できない匂いの検出や、呼気や皮膚から放出される揮発性有機分子の異常を監視し、潜在的な疾患の早期警告を提供できるようになる可能性があります。