• Командапроф. FAN Zhiyongинтегрирует сети нанотрубок, обеспечивающие до 10 000 датчиков газа на чип.
  • BOC демонстрируют выдающуюся чувствительность и способность различать 24 различных запаха в сложных смесях.

Совершив революционный прорыв, инженеры HKUST представили биомиметические обонятельные чипы (BOC), возвещающие новую эру в технологии обнаружения запахов. Эти чипы, имитирующие человеческое обоняние, обеспечивают исключительную чувствительность и различительную способность, революционизируя анализ запахов и открывая путь инновационным приложениям.

Читайте также:Япония объединяется с ЕС в исследованиях чипов и материалов для электромобилей

Преодоление трудностей искусственного обоняния

Команда Инженерного факультета Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) успешно справилась с давней задачей создания искусственных обонятельных датчиков, оснащённых высокопроизводительными сетями газовых датчиков. Их революционная разработка представляет собой биомиметические обонятельные чипы (BOC), которые объединяют сети нанотрубных датчиков на нанопористых подложках — до 10 000 газовых датчиков на чип. Такая конфигурация близко имитирует механизм обоняния человека и животных.

На протяжении десятилетий исследователи по всему миру стремились развить искусственное обоняние и электронные носы (e-noses), чтобы воспроизвести сложную работу биологических обонятельных систем, в частности для различения сложных смесей запахов. Однако значительные препятствия сдерживали прогресс, прежде всего в миниатюризации и улучшении способности распознавания для точного определения видов газов и их концентраций в сложных смесях запахов.

Множественные применения и интеграция с робототехникой

Чтобы решить эти задачи, исследовательская группа профессора FAN Zhiyong, работающая на кафедре электроники и вычислительной техники и на кафедре химической и биологической инженерии HKUST, разработала градиент состава материалов, позволяющий интегрировать различные датчики на небольшой наноструктурированный чип. Благодаря интеграции искусственного интеллекта их биомиметические обонятельные чипы демонстрируют исключительную чувствительность к различным газам, эффективно различают смешанные газы и распознают 24 различных запаха.

Чтобы расширить сферу применения обонятельных чипов, команда также интегрировала их с датчиками зрения на роботе-собаке, создав гибридную обонятельно-визуальную систему, способную точно идентифицировать объекты в скрытых отсеках.

Разработка биомиметических обонятельных чипов обещает улучшить существующие применения в пищевой промышленности, экологическом мониторинге, медицинской диагностике и контроле промышленных процессов, а также открыть новые возможности в интеллектуальных системах, таких как передовая робототехника и умные носимые устройства для патрулирования безопасности и спасательных операций.

Например, в приложениях для мониторинга в реальном времени и контроля качества биомиметические обонятельные чипы могут обнаруживать и анализировать специфические запахи или летучие соединения, связанные с различными этапами промышленных процессов, чтобы обеспечивать безопасность, выявлять аномальные или опасные газы при экологическом мониторинге и находить утечки в трубопроводах для быстрого ремонта.

Этот технологический прорыв знаменует собой значительный шаг в оцифровке запахов, сопоставимый с широкой оцифровкой визуальной информации, обеспеченной современными технологиями датчиков изображения. В то время как визуальная информация достигла значительного прогресса, обонятельная информация отстала из-за отсутствия совершенных датчиков запаха. Работы команды профессора Fan открывают путь к созданию биомиметических датчиков запаха с огромным потенциалом для широкого распространения — по аналогии с повсеместным присутствием миниатюрных камер в смартфонах и носимой электронике, что обогащает жизнь людей.

Заглядывая в будущее, профессор Fan ожидает новых достижений в биомиметической инженерии, где биосовместимые материалы могут позволить интегрировать обонятельные чипы в тело человека. Эта инновация могла бы обеспечить обнаружение обычно неощутимых запахов и контролировать аномалии летучих органических молекул в выдыхаемом воздухе и выделяемых кожей, обеспечивая ранние предупреждения о возможных заболеваниях.