29 مارس 2024 (أخبار Nanowerk) واجه فريق بحث بقيادة كلية الهندسة بجامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا (HKUST) التحدي الطويل الأمد المتمثل في إنشاء أجهزة استشعار اصطناعية لحاسة الشم مع مصفوفات من أجهزة استشعار الغاز المتنوعة عالية الأداء. إن رقائق الشم المحاكاة الحيوية المطورة حديثًا (BOC) قادرة على دمج مصفوفات مستشعرات الأنابيب النانوية على ركائز نانوية مع ما يصل إلى 10,000 مستشعر غاز قابل للتوجيه بشكل فردي لكل شريحة، وهو تكوين مشابه لكيفية عمل الشم لدى البشر والحيوانات الأخرى. وقد تم نشر البحث في إلكترونيات الطبيعة ("رقائق حاسة الشم المحاكاة الحيوية تعتمد على مصفوفات مستشعرات الأنابيب النانوية المتكاملة على نطاق واسع").
(أ) تكوين البروفيسور. تم تثبيت نظام الرقاقة الشمية (BOC) الخاص بالمروحة على كلب آلي لتمييز الصندوق الأعمى. (ب) التعرف على الصناديق عن طريق الرؤية الحاسوبية، أي الكاميرا. (ج) نتيجة الاعتراف بنظام BOC. (د) إشارة المقاومة المسجلة في الوقت الحقيقي لجهاز الاستشعار. (الصورة: HKUST) قام الباحثون في جميع أنحاء العالم بتطوير حاسة الشم الاصطناعية والأنوف الإلكترونية (الأنوف الإلكترونية) بهدف محاكاة الآلية المعقدة للنظام الشمي البيولوجي لتمييز مخاليط الرائحة المعقدة بشكل فعال. ومع ذلك، فإن التحديات الرئيسية لتطويرها تكمن في صعوبة تصغير النظام وزيادة قدرات التعرف عليه في تحديد أنواع الغاز الدقيقة وتركيزاتها داخل مخاليط الرائحة المعقدة.
ولمعالجة هذه المشكلات، قام فريق البحث بقيادة البروفيسور د. استخدم FAN Zhiyong، أستاذ كرسي في قسم الهندسة الإلكترونية وهندسة الكمبيوتر وقسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية بجامعة هونج كونج، تدرجًا هندسيًا لتركيب المواد يسمح بمصفوفات واسعة من أجهزة الاستشعار المتنوعة على شريحة واحدة صغيرة ذات بنية نانوية. ومن خلال الاستفادة من قوة الذكاء الاصطناعي، تُظهر رقائقها الشمية المحاكاة الحيوية حساسية استثنائية للغازات المختلفة مع إمكانية تمييز ممتازة للغازات المختلطة و24 رائحة مميزة. ومن خلال رؤية لتوسيع تطبيقات شرائحهم الشمية، قام الفريق أيضًا بدمج الرقائق مع أجهزة استشعار الرؤية على كلب آلي، مما أدى إلى إنشاء نظام مشترك بين حاسة الشم والبصر يمكنه التعرف بدقة على الأشياء الموجودة في الصناديق العمياء.
لن يؤدي تطوير الرقائق الشمية المحاكاة الحيوية إلى تحسين التطبيقات الواسعة الحالية لأنظمة الشم الاصطناعية والأنوف الإلكترونية في التحكم في العمليات الغذائية والبيئية والطبية والصناعية وما إلى ذلك فحسب، بل سيفتح أيضًا إمكانيات جديدة في الأنظمة الذكية، مثل الروبوتات المتقدمة. والأجهزة الذكية المحمولة لتطبيقاتها في الدوريات الأمنية وعمليات الإنقاذ.
على سبيل المثال، في تطبيقاتها في المراقبة في الوقت الحقيقي ومراقبة الجودة، يمكن استخدام الرقائق الشمية المحاكاة الحيوية لاكتشاف وتحليل روائح معينة أو مركبات متطايرة مرتبطة بمراحل مختلفة من العمليات الصناعية لضمان السلامة؛ الكشف عن أي غازات غير طبيعية أو خطرة في الرصد البيئي؛ وتحديد التسرب في الأنابيب لتسهيل إصلاحه في الوقت المناسب.
تعتبر التكنولوجيا الرائدة المقدمة في هذه الدراسة بمثابة إنجاز محوري في مجال رقمنة الرائحة. نظرًا لأن المجتمع العلمي يشهد الانتشار المنتصر لرقمنة المعلومات المرئية، والتي سهلتها تقنيات استشعار التصوير الحديثة والناضجة، فإن عالم المعلومات القائمة على الرائحة ظل غير مستغل بعد بسبب غياب أجهزة استشعار الرائحة المتقدمة. العمل البصيرة التي أجراها البروفيسور. لقد مهد فريق فان الطريق لتطوير أجهزة استشعار الرائحة المحاكاة الحيوية التي تمتلك إمكانات هائلة. ومع مزيد من التقدم، يمكن أن تجد هذه المستشعرات استخدامًا واسع النطاق، على غرار الوجود الواسع النطاق للكاميرات المصغرة في الهواتف المحمولة والإلكترونيات المحمولة، وبالتالي إثراء وتحسين نوعية حياة الناس.
عالم مشهور عالميًا في علوم وهندسة المواد متعددة التخصصات، البروفيسور. يحرص فان على الجمع بين النهج العملي والخيال الجريء في قيادة الأبحاث رفيعة المستوى التي تولد تأثيرًا اجتماعيًا. من خلال العمل على الأنظمة الحسية المحاكاة الحيوية لأكثر من عقدين من الزمن، بدأ لأول مرة بالنظام البصري ونجح في تطوير أول عين صناعية كروية في العالم ذات شبكية ثلاثية الأبعاد في عام 3. مستفيدًا من هذا النجاح، غامر بالدخول في نظام حاسة الشم ورفع مستوى عمله من خلال دمج كلا النظامين لإنشاء روبوتات أكثر ذكاءً مع تطبيقات موسعة.
"في المستقبل، مع تطوير مواد مناسبة متوافقة حيويًا، نأمل أن يتم وضع شريحة الشم المحاكية الحيوية أيضًا على جسم الإنسان للسماح لنا بشم رائحة لا يمكن شمها في العادة. وقال البروفيسور: "يمكنه أيضًا مراقبة التشوهات في الجزيئات العضوية المتطايرة في أنفاسنا والمنبعثة من جلدنا، لتحذيرنا من الأمراض المحتملة، والوصول إلى مزيد من إمكانات هندسة المحاكاة الحيوية".
(أ) تكوين البروفيسور. تم تثبيت نظام الرقاقة الشمية (BOC) الخاص بالمروحة على كلب آلي لتمييز الصندوق الأعمى. (ب) التعرف على الصناديق عن طريق الرؤية الحاسوبية، أي الكاميرا. (ج) نتيجة الاعتراف بنظام BOC. (د) إشارة المقاومة المسجلة في الوقت الحقيقي لجهاز الاستشعار. (الصورة: HKUST) قام الباحثون في جميع أنحاء العالم بتطوير حاسة الشم الاصطناعية والأنوف الإلكترونية (الأنوف الإلكترونية) بهدف محاكاة الآلية المعقدة للنظام الشمي البيولوجي لتمييز مخاليط الرائحة المعقدة بشكل فعال. ومع ذلك، فإن التحديات الرئيسية لتطويرها تكمن في صعوبة تصغير النظام وزيادة قدرات التعرف عليه في تحديد أنواع الغاز الدقيقة وتركيزاتها داخل مخاليط الرائحة المعقدة.
ولمعالجة هذه المشكلات، قام فريق البحث بقيادة البروفيسور د. استخدم FAN Zhiyong، أستاذ كرسي في قسم الهندسة الإلكترونية وهندسة الكمبيوتر وقسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية بجامعة هونج كونج، تدرجًا هندسيًا لتركيب المواد يسمح بمصفوفات واسعة من أجهزة الاستشعار المتنوعة على شريحة واحدة صغيرة ذات بنية نانوية. ومن خلال الاستفادة من قوة الذكاء الاصطناعي، تُظهر رقائقها الشمية المحاكاة الحيوية حساسية استثنائية للغازات المختلفة مع إمكانية تمييز ممتازة للغازات المختلطة و24 رائحة مميزة. ومن خلال رؤية لتوسيع تطبيقات شرائحهم الشمية، قام الفريق أيضًا بدمج الرقائق مع أجهزة استشعار الرؤية على كلب آلي، مما أدى إلى إنشاء نظام مشترك بين حاسة الشم والبصر يمكنه التعرف بدقة على الأشياء الموجودة في الصناديق العمياء.
لن يؤدي تطوير الرقائق الشمية المحاكاة الحيوية إلى تحسين التطبيقات الواسعة الحالية لأنظمة الشم الاصطناعية والأنوف الإلكترونية في التحكم في العمليات الغذائية والبيئية والطبية والصناعية وما إلى ذلك فحسب، بل سيفتح أيضًا إمكانيات جديدة في الأنظمة الذكية، مثل الروبوتات المتقدمة. والأجهزة الذكية المحمولة لتطبيقاتها في الدوريات الأمنية وعمليات الإنقاذ.
على سبيل المثال، في تطبيقاتها في المراقبة في الوقت الحقيقي ومراقبة الجودة، يمكن استخدام الرقائق الشمية المحاكاة الحيوية لاكتشاف وتحليل روائح معينة أو مركبات متطايرة مرتبطة بمراحل مختلفة من العمليات الصناعية لضمان السلامة؛ الكشف عن أي غازات غير طبيعية أو خطرة في الرصد البيئي؛ وتحديد التسرب في الأنابيب لتسهيل إصلاحه في الوقت المناسب.
تعتبر التكنولوجيا الرائدة المقدمة في هذه الدراسة بمثابة إنجاز محوري في مجال رقمنة الرائحة. نظرًا لأن المجتمع العلمي يشهد الانتشار المنتصر لرقمنة المعلومات المرئية، والتي سهلتها تقنيات استشعار التصوير الحديثة والناضجة، فإن عالم المعلومات القائمة على الرائحة ظل غير مستغل بعد بسبب غياب أجهزة استشعار الرائحة المتقدمة. العمل البصيرة التي أجراها البروفيسور. لقد مهد فريق فان الطريق لتطوير أجهزة استشعار الرائحة المحاكاة الحيوية التي تمتلك إمكانات هائلة. ومع مزيد من التقدم، يمكن أن تجد هذه المستشعرات استخدامًا واسع النطاق، على غرار الوجود الواسع النطاق للكاميرات المصغرة في الهواتف المحمولة والإلكترونيات المحمولة، وبالتالي إثراء وتحسين نوعية حياة الناس.
عالم مشهور عالميًا في علوم وهندسة المواد متعددة التخصصات، البروفيسور. يحرص فان على الجمع بين النهج العملي والخيال الجريء في قيادة الأبحاث رفيعة المستوى التي تولد تأثيرًا اجتماعيًا. من خلال العمل على الأنظمة الحسية المحاكاة الحيوية لأكثر من عقدين من الزمن، بدأ لأول مرة بالنظام البصري ونجح في تطوير أول عين صناعية كروية في العالم ذات شبكية ثلاثية الأبعاد في عام 3. مستفيدًا من هذا النجاح، غامر بالدخول في نظام حاسة الشم ورفع مستوى عمله من خلال دمج كلا النظامين لإنشاء روبوتات أكثر ذكاءً مع تطبيقات موسعة.
"في المستقبل، مع تطوير مواد مناسبة متوافقة حيويًا، نأمل أن يتم وضع شريحة الشم المحاكية الحيوية أيضًا على جسم الإنسان للسماح لنا بشم رائحة لا يمكن شمها في العادة. وقال البروفيسور: "يمكنه أيضًا مراقبة التشوهات في الجزيئات العضوية المتطايرة في أنفاسنا والمنبعثة من جلدنا، لتحذيرنا من الأمراض المحتملة، والوصول إلى مزيد من إمكانات هندسة المحاكاة الحيوية".
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
