29 Μαρτίου 2024 (Ειδήσεις Nanowerk) Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τη Σχολή Μηχανικών του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Χονγκ Κονγκ (HKUST) αντιμετώπισε τη μακροχρόνια πρόκληση της δημιουργίας τεχνητών οσφρητικών αισθητήρων με συστοιχίες διαφορετικών αισθητήρων αερίων υψηλής απόδοσης. Τα πρόσφατα ανεπτυγμένα βιομιμητικά οσφρητικά τσιπ (BOC) είναι σε θέση να ενσωματώνουν συστοιχίες αισθητήρων νανοσωλήνων σε νανοπορώδη υποστρώματα με έως και 10,000 μεμονωμένα διευθυνσιοδοτούμενους αισθητήρες αερίου ανά τσιπ, μια διαμόρφωση παρόμοια με τον τρόπο λειτουργίας της όσφρησης για ανθρώπους και άλλα ζώα. Η έρευνα έχει δημοσιευθεί στο Φύση Ηλεκτρονικά («Βιομιμητικά οσφρητικά τσιπ βασισμένα σε μεγάλης κλίμακας μονολιθικά ενσωματωμένες συστοιχίες αισθητήρων νανοσωλήνων»).
(α) Διαμόρφωση του Prof. Σύστημα βιομιμητικού οσφρητικού τσιπ (BOC) του ανεμιστήρα που είναι εγκατεστημένο σε σκύλο ρομπότ για διαφοροποίηση τυφλών κουτιών. (β) Αναγνώριση κουτιών με όραση υπολογιστή, δηλαδή την κάμερα. (γ) Αποτέλεσμα αναγνώρισης του συστήματος BOC. (δ) Καταγεγραμμένο σήμα αντίστασης σε πραγματικό χρόνο ενός αισθητήρα. (Εικόνα: HKUST) Ερευνητές παγκοσμίως έχουν αναπτύξει τεχνητή όσφρηση και ηλεκτρονικές μύτες (e-noses) με στόχο να μιμηθούν τον περίπλοκο μηχανισμό του βιολογικού οσφρητικού συστήματος για να διακρίνουν αποτελεσματικά πολύπλοκα μυρωδικά μείγματα. Ωστόσο, οι κύριες προκλήσεις της ανάπτυξής τους έγκεινται στη δυσκολία σμίκρυνσης του συστήματος και αύξησης των δυνατοτήτων αναγνώρισής του στον προσδιορισμό των ακριβών ειδών αερίων και των συγκεντρώσεών τους σε πολύπλοκα αρωματικά μείγματα.
Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Prof. Ο FAN Zhiyong, Καθηγητής Προέδρου στο Τμήμα Ηλεκτρονικής Μηχανικής & Μηχανικής Υπολογιστών του HKUST και στο Τμήμα Χημικής & Βιολογικής Μηχανικής, χρησιμοποίησε μια μηχανική κλίση σύνθεσης υλικού που επιτρέπει μεγάλες σειρές διαφορετικών αισθητήρων σε ένα μικρό νανοδομημένο τσιπ. Αξιοποιώντας τη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης, τα βιομιμητικά οσφρητικά τσιπ τους παρουσιάζουν εξαιρετική ευαισθησία σε διάφορα αέρια με εξαιρετική διακριτικότητα για μικτά αέρια και 24 ευδιάκριτες οσμές. Με όραμα να επεκτείνει τις εφαρμογές του οσφρητικού τσιπ, η ομάδα ενσωμάτωσε επίσης τα τσιπ με αισθητήρες όρασης σε ένα σκύλο ρομπότ, δημιουργώντας ένα συνδυασμένο οσφρητικό και οπτικό σύστημα που μπορεί να αναγνωρίσει με ακρίβεια αντικείμενα σε τυφλά κουτιά.
Η ανάπτυξη των βιομιμητικών τσιπ όσφρησης όχι μόνο θα βελτιώσει τις υπάρχουσες ευρείες εφαρμογές των συστημάτων τεχνητής όσφρησης και e-noses στον έλεγχο τροφίμων, περιβαλλοντικών, ιατρικών και βιομηχανικών διεργασιών κ.λπ., αλλά επίσης θα ανοίξει νέες δυνατότητες σε ευφυή συστήματα, όπως τα προηγμένα ρομπότ. και φορητές έξυπνες συσκευές, για εφαρμογές σε περιπολίες ασφαλείας και επιχειρήσεις διάσωσης.
Για παράδειγμα, στις εφαρμογές τους στην παρακολούθηση και τον ποιοτικό έλεγχο σε πραγματικό χρόνο, τα βιομιμητικά οσφρητικά τσιπ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση και ανάλυση συγκεκριμένων οσμών ή πτητικών ενώσεων που σχετίζονται με διαφορετικά στάδια βιομηχανικών διεργασιών για να διασφαλιστεί η ασφάλεια. ανίχνευση τυχόν μη φυσιολογικών ή επικίνδυνων αερίων στην περιβαλλοντική παρακολούθηση· και να εντοπίσετε διαρροές σε σωλήνες για να διευκολύνετε την έγκαιρη επισκευή.
Η πρωτοποριακή τεχνολογία που παρουσιάζεται σε αυτή τη μελέτη χρησιμεύει ως μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της ψηφιοποίησης των οσμών. Καθώς η επιστημονική κοινότητα είναι μάρτυρας της θριαμβευτικής επικράτησης της ψηφιοποίησης οπτικών πληροφοριών, που διευκολύνεται από τις σύγχρονες και ώριμες τεχνολογίες ανίχνευσης απεικόνισης, το βασίλειο των πληροφοριών που βασίζονται σε άρωμα έχει παραμείνει ακόμη αναξιοποίητο λόγω της απουσίας προηγμένων αισθητήρων οσμών. Το οραματικό έργο που πραγματοποίησε ο Prof. Η ομάδα του Fan έχει ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη βιομιμητικών αισθητήρων οσμών που διαθέτουν τεράστιες δυνατότητες. Με περαιτέρω εξελίξεις, αυτοί οι αισθητήρες θα μπορούσαν να βρουν ευρεία χρήση, παρόμοια με την πανταχού παρούσα παρουσία μικροσκοπικών καμερών σε κινητά τηλέφωνα και φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, εμπλουτίζοντας και βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα ζωής των ανθρώπων.
Ένας διεθνούς φήμης μελετητής στη διεπιστημονική επιστήμη και μηχανική υλικών, ο Prof. Ο Fan επιθυμεί να συνδυάσει μια πρακτική προσέγγιση με τολμηρή φαντασία για την οδήγηση έρευνας κορυφαίας ποιότητας που δημιουργεί κοινωνικό αντίκτυπο. Εργαζόμενος σε βιομιμητικά αισθητήρια συστήματα για περισσότερες από δύο δεκαετίες, ξεκίνησε για πρώτη φορά με το οπτικό σύστημα και ανέπτυξε με επιτυχία το πρώτο σφαιρικό τεχνητό μάτι στον κόσμο με τρισδιάστατο αμφιβληστροειδή το 3. Με αυτή την επιτυχία, μπήκε στο οσφρητικό σύστημα και ανύψωσε τη δουλειά του ενσωματώνοντας και τα δύο συστήματα για να υλοποιήσει πιο έξυπνα ρομπότ με διευρυμένες εφαρμογές.
«Στο μέλλον, με την ανάπτυξη κατάλληλων βιοσυμβατών υλικών, ελπίζουμε ότι το βιομιμητικό οσφρητικό τσιπ μπορεί επίσης να τοποθετηθεί στο ανθρώπινο σώμα για να μας επιτρέψει να μυρίσουμε οσμή που κανονικά δεν μυρίζεται. Μπορεί επίσης να παρακολουθεί τις ανωμαλίες στα πτητικά οργανικά μόρια στην αναπνοή μας και που εκπέμπονται από το δέρμα μας, για να μας προειδοποιήσει για πιθανές ασθένειες, φτάνοντας σε περαιτέρω δυνατότητες βιομιμητικής μηχανικής», δήλωσε ο Prof.
(α) Διαμόρφωση του Prof. Σύστημα βιομιμητικού οσφρητικού τσιπ (BOC) του ανεμιστήρα που είναι εγκατεστημένο σε σκύλο ρομπότ για διαφοροποίηση τυφλών κουτιών. (β) Αναγνώριση κουτιών με όραση υπολογιστή, δηλαδή την κάμερα. (γ) Αποτέλεσμα αναγνώρισης του συστήματος BOC. (δ) Καταγεγραμμένο σήμα αντίστασης σε πραγματικό χρόνο ενός αισθητήρα. (Εικόνα: HKUST) Ερευνητές παγκοσμίως έχουν αναπτύξει τεχνητή όσφρηση και ηλεκτρονικές μύτες (e-noses) με στόχο να μιμηθούν τον περίπλοκο μηχανισμό του βιολογικού οσφρητικού συστήματος για να διακρίνουν αποτελεσματικά πολύπλοκα μυρωδικά μείγματα. Ωστόσο, οι κύριες προκλήσεις της ανάπτυξής τους έγκεινται στη δυσκολία σμίκρυνσης του συστήματος και αύξησης των δυνατοτήτων αναγνώρισής του στον προσδιορισμό των ακριβών ειδών αερίων και των συγκεντρώσεών τους σε πολύπλοκα αρωματικά μείγματα.
Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Prof. Ο FAN Zhiyong, Καθηγητής Προέδρου στο Τμήμα Ηλεκτρονικής Μηχανικής & Μηχανικής Υπολογιστών του HKUST και στο Τμήμα Χημικής & Βιολογικής Μηχανικής, χρησιμοποίησε μια μηχανική κλίση σύνθεσης υλικού που επιτρέπει μεγάλες σειρές διαφορετικών αισθητήρων σε ένα μικρό νανοδομημένο τσιπ. Αξιοποιώντας τη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης, τα βιομιμητικά οσφρητικά τσιπ τους παρουσιάζουν εξαιρετική ευαισθησία σε διάφορα αέρια με εξαιρετική διακριτικότητα για μικτά αέρια και 24 ευδιάκριτες οσμές. Με όραμα να επεκτείνει τις εφαρμογές του οσφρητικού τσιπ, η ομάδα ενσωμάτωσε επίσης τα τσιπ με αισθητήρες όρασης σε ένα σκύλο ρομπότ, δημιουργώντας ένα συνδυασμένο οσφρητικό και οπτικό σύστημα που μπορεί να αναγνωρίσει με ακρίβεια αντικείμενα σε τυφλά κουτιά.
Η ανάπτυξη των βιομιμητικών τσιπ όσφρησης όχι μόνο θα βελτιώσει τις υπάρχουσες ευρείες εφαρμογές των συστημάτων τεχνητής όσφρησης και e-noses στον έλεγχο τροφίμων, περιβαλλοντικών, ιατρικών και βιομηχανικών διεργασιών κ.λπ., αλλά επίσης θα ανοίξει νέες δυνατότητες σε ευφυή συστήματα, όπως τα προηγμένα ρομπότ. και φορητές έξυπνες συσκευές, για εφαρμογές σε περιπολίες ασφαλείας και επιχειρήσεις διάσωσης.
Για παράδειγμα, στις εφαρμογές τους στην παρακολούθηση και τον ποιοτικό έλεγχο σε πραγματικό χρόνο, τα βιομιμητικά οσφρητικά τσιπ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση και ανάλυση συγκεκριμένων οσμών ή πτητικών ενώσεων που σχετίζονται με διαφορετικά στάδια βιομηχανικών διεργασιών για να διασφαλιστεί η ασφάλεια. ανίχνευση τυχόν μη φυσιολογικών ή επικίνδυνων αερίων στην περιβαλλοντική παρακολούθηση· και να εντοπίσετε διαρροές σε σωλήνες για να διευκολύνετε την έγκαιρη επισκευή.
Η πρωτοποριακή τεχνολογία που παρουσιάζεται σε αυτή τη μελέτη χρησιμεύει ως μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της ψηφιοποίησης των οσμών. Καθώς η επιστημονική κοινότητα είναι μάρτυρας της θριαμβευτικής επικράτησης της ψηφιοποίησης οπτικών πληροφοριών, που διευκολύνεται από τις σύγχρονες και ώριμες τεχνολογίες ανίχνευσης απεικόνισης, το βασίλειο των πληροφοριών που βασίζονται σε άρωμα έχει παραμείνει ακόμη αναξιοποίητο λόγω της απουσίας προηγμένων αισθητήρων οσμών. Το οραματικό έργο που πραγματοποίησε ο Prof. Η ομάδα του Fan έχει ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη βιομιμητικών αισθητήρων οσμών που διαθέτουν τεράστιες δυνατότητες. Με περαιτέρω εξελίξεις, αυτοί οι αισθητήρες θα μπορούσαν να βρουν ευρεία χρήση, παρόμοια με την πανταχού παρούσα παρουσία μικροσκοπικών καμερών σε κινητά τηλέφωνα και φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, εμπλουτίζοντας και βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα ζωής των ανθρώπων.
Ένας διεθνούς φήμης μελετητής στη διεπιστημονική επιστήμη και μηχανική υλικών, ο Prof. Ο Fan επιθυμεί να συνδυάσει μια πρακτική προσέγγιση με τολμηρή φαντασία για την οδήγηση έρευνας κορυφαίας ποιότητας που δημιουργεί κοινωνικό αντίκτυπο. Εργαζόμενος σε βιομιμητικά αισθητήρια συστήματα για περισσότερες από δύο δεκαετίες, ξεκίνησε για πρώτη φορά με το οπτικό σύστημα και ανέπτυξε με επιτυχία το πρώτο σφαιρικό τεχνητό μάτι στον κόσμο με τρισδιάστατο αμφιβληστροειδή το 3. Με αυτή την επιτυχία, μπήκε στο οσφρητικό σύστημα και ανύψωσε τη δουλειά του ενσωματώνοντας και τα δύο συστήματα για να υλοποιήσει πιο έξυπνα ρομπότ με διευρυμένες εφαρμογές.
«Στο μέλλον, με την ανάπτυξη κατάλληλων βιοσυμβατών υλικών, ελπίζουμε ότι το βιομιμητικό οσφρητικό τσιπ μπορεί επίσης να τοποθετηθεί στο ανθρώπινο σώμα για να μας επιτρέψει να μυρίσουμε οσμή που κανονικά δεν μυρίζεται. Μπορεί επίσης να παρακολουθεί τις ανωμαλίες στα πτητικά οργανικά μόρια στην αναπνοή μας και που εκπέμπονται από το δέρμα μας, για να μας προειδοποιήσει για πιθανές ασθένειες, φτάνοντας σε περαιτέρω δυνατότητες βιομιμητικής μηχανικής», δήλωσε ο Prof.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
