29 de marzo de 2024 (Noticias de Nanowerk) Un equipo de investigación dirigido por la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha abordado el desafío de larga data de crear sensores olfativos artificiales con conjuntos de diversos sensores de gas de alto rendimiento. Sus chips olfativos biomiméticos (BOC) recientemente desarrollados son capaces de integrar conjuntos de sensores de nanotubos en sustratos nanoporosos con hasta 10,000 sensores de gas direccionables individualmente por chip, una configuración similar a cómo funciona el olfato en humanos y otros animales. La investigación ha sido publicada en Electrónica de la naturaleza (“Chips olfativos biomiméticos basados en conjuntos de sensores de nanotubos integrados monolíticamente a gran escala”).
(a) Configuración del Prof. Sistema de chip olfativo biomimético (BOC) de Fan instalado en un perro robot para la diferenciación de cajas ciegas. (b) Reconocimiento de cajas mediante visión por ordenador, es decir, la cámara. (c) Resultado del reconocimiento del sistema BOC. (d) Señal de resistencia registrada en tiempo real de un sensor. (Imagen: HKUST) Investigadores de todo el mundo han estado desarrollando olfato artificial y narices electrónicas (e-narices) con el objetivo de emular el intrincado mecanismo del sistema olfativo biológico para discernir eficazmente mezclas odorantes complejas. Sin embargo, los principales desafíos de su desarrollo residen en la dificultad de miniaturizar el sistema y aumentar sus capacidades de reconocimiento para determinar las especies exactas de gas y sus concentraciones dentro de mezclas odorantes complejas.
Para abordar estas cuestiones, el equipo de investigación dirigido por el Prof. FAN Zhiyong, profesor titular del Departamento de Ingeniería Electrónica e Informática y del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de HKUST, utilizó un gradiente de composición de material diseñado que permite una amplia gama de diversos sensores en un pequeño chip nanoestructurado. Aprovechando el poder de la inteligencia artificial, sus chips olfativos biomiméticos exhiben una sensibilidad excepcional a varios gases con una excelente distinguibilidad de gases mezclados y 24 olores distintos. Con la visión de ampliar las aplicaciones de su chip olfativo, el equipo también integró los chips con sensores de visión en un perro robot, creando un sistema visual y olfativo combinado que puede identificar con precisión objetos en cajas ciegas.
El desarrollo de chips olfativos biomiméticos no sólo mejorará las amplias aplicaciones existentes de los sistemas de olfato artificial y narices electrónicas en el control de procesos alimentarios, ambientales, médicos e industriales, etc., sino que también abrirá nuevas posibilidades en sistemas inteligentes, como robots avanzados. y dispositivos inteligentes portátiles, para aplicaciones en patrullas de seguridad y operaciones de rescate.
Por ejemplo, en sus aplicaciones de monitoreo y control de calidad en tiempo real, los chips olfativos biomiméticos se pueden utilizar para detectar y analizar olores específicos o compuestos volátiles asociados con diferentes etapas de procesos industriales para garantizar la seguridad; detectar gases anormales o peligrosos en el monitoreo ambiental; e identificar fugas en tuberías para facilitar la reparación oportuna.
La tecnología innovadora presentada en este estudio constituye un avance fundamental en el ámbito de la digitalización de olores. Mientras la comunidad científica es testigo de la triunfante prevalencia de la digitalización de la información visual, facilitada por las modernas y maduras tecnologías de detección de imágenes, el ámbito de la información basada en olores aún no se ha explotado debido a la ausencia de sensores de olores avanzados. El trabajo visionario realizado por el Prof. El equipo de Fan ha allanado el camino para el desarrollo de sensores de olores biomiméticos que poseen un inmenso potencial. Con mayores avances, estos sensores podrían encontrar una utilización generalizada, similar a la presencia ubicua de cámaras miniaturizadas en teléfonos celulares y dispositivos electrónicos portátiles, enriqueciendo y mejorando así la calidad de vida de las personas.
Un académico de renombre internacional en ciencia e ingeniería de materiales interdisciplinarios, el Prof. Fan está interesado en combinar un enfoque práctico con una imaginación audaz para impulsar investigaciones de primer nivel que generen impacto social. Trabajando en sistemas sensoriales biomiméticos durante más de dos décadas, comenzó con el sistema visual y desarrolló con éxito el primer ojo artificial esférico del mundo con retina 3D en 2020. Aprovechando este éxito, se aventuró en el sistema olfativo y elevó su trabajo integrando ambos sistemas para crear robots más inteligentes con aplicaciones ampliadas.
“En el futuro, con el desarrollo de materiales biocompatibles adecuados, esperamos que el chip olfativo biomimético también pueda colocarse en el cuerpo humano para permitirnos oler olores que normalmente no se pueden oler. También puede monitorear las anormalidades en las moléculas orgánicas volátiles en nuestro aliento y emitidas por nuestra piel, para advertirnos sobre posibles enfermedades, alcanzando un mayor potencial de la ingeniería biomimética”, dijo el Prof.
(a) Configuración del Prof. Sistema de chip olfativo biomimético (BOC) de Fan instalado en un perro robot para la diferenciación de cajas ciegas. (b) Reconocimiento de cajas mediante visión por ordenador, es decir, la cámara. (c) Resultado del reconocimiento del sistema BOC. (d) Señal de resistencia registrada en tiempo real de un sensor. (Imagen: HKUST) Investigadores de todo el mundo han estado desarrollando olfato artificial y narices electrónicas (e-narices) con el objetivo de emular el intrincado mecanismo del sistema olfativo biológico para discernir eficazmente mezclas odorantes complejas. Sin embargo, los principales desafíos de su desarrollo residen en la dificultad de miniaturizar el sistema y aumentar sus capacidades de reconocimiento para determinar las especies exactas de gas y sus concentraciones dentro de mezclas odorantes complejas.
Para abordar estas cuestiones, el equipo de investigación dirigido por el Prof. FAN Zhiyong, profesor titular del Departamento de Ingeniería Electrónica e Informática y del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de HKUST, utilizó un gradiente de composición de material diseñado que permite una amplia gama de diversos sensores en un pequeño chip nanoestructurado. Aprovechando el poder de la inteligencia artificial, sus chips olfativos biomiméticos exhiben una sensibilidad excepcional a varios gases con una excelente distinguibilidad de gases mezclados y 24 olores distintos. Con la visión de ampliar las aplicaciones de su chip olfativo, el equipo también integró los chips con sensores de visión en un perro robot, creando un sistema visual y olfativo combinado que puede identificar con precisión objetos en cajas ciegas.
El desarrollo de chips olfativos biomiméticos no sólo mejorará las amplias aplicaciones existentes de los sistemas de olfato artificial y narices electrónicas en el control de procesos alimentarios, ambientales, médicos e industriales, etc., sino que también abrirá nuevas posibilidades en sistemas inteligentes, como robots avanzados. y dispositivos inteligentes portátiles, para aplicaciones en patrullas de seguridad y operaciones de rescate.
Por ejemplo, en sus aplicaciones de monitoreo y control de calidad en tiempo real, los chips olfativos biomiméticos se pueden utilizar para detectar y analizar olores específicos o compuestos volátiles asociados con diferentes etapas de procesos industriales para garantizar la seguridad; detectar gases anormales o peligrosos en el monitoreo ambiental; e identificar fugas en tuberías para facilitar la reparación oportuna.
La tecnología innovadora presentada en este estudio constituye un avance fundamental en el ámbito de la digitalización de olores. Mientras la comunidad científica es testigo de la triunfante prevalencia de la digitalización de la información visual, facilitada por las modernas y maduras tecnologías de detección de imágenes, el ámbito de la información basada en olores aún no se ha explotado debido a la ausencia de sensores de olores avanzados. El trabajo visionario realizado por el Prof. El equipo de Fan ha allanado el camino para el desarrollo de sensores de olores biomiméticos que poseen un inmenso potencial. Con mayores avances, estos sensores podrían encontrar una utilización generalizada, similar a la presencia ubicua de cámaras miniaturizadas en teléfonos celulares y dispositivos electrónicos portátiles, enriqueciendo y mejorando así la calidad de vida de las personas.
Un académico de renombre internacional en ciencia e ingeniería de materiales interdisciplinarios, el Prof. Fan está interesado en combinar un enfoque práctico con una imaginación audaz para impulsar investigaciones de primer nivel que generen impacto social. Trabajando en sistemas sensoriales biomiméticos durante más de dos décadas, comenzó con el sistema visual y desarrolló con éxito el primer ojo artificial esférico del mundo con retina 3D en 2020. Aprovechando este éxito, se aventuró en el sistema olfativo y elevó su trabajo integrando ambos sistemas para crear robots más inteligentes con aplicaciones ampliadas.
“En el futuro, con el desarrollo de materiales biocompatibles adecuados, esperamos que el chip olfativo biomimético también pueda colocarse en el cuerpo humano para permitirnos oler olores que normalmente no se pueden oler. También puede monitorear las anormalidades en las moléculas orgánicas volátiles en nuestro aliento y emitidas por nuestra piel, para advertirnos sobre posibles enfermedades, alcanzando un mayor potencial de la ingeniería biomimética”, dijo el Prof.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
