29 مارس 2024 (اخبار نانوورک) یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشکده مهندسی دانشگاه علم و صنعت هنگ کنگ (HKUST) به چالش طولانی مدت ایجاد حسگرهای بویایی مصنوعی با آرایه هایی از حسگرهای گازی با کارایی بالا و متنوع پرداخته است. تراشه‌های بویایی بیومیمتیک جدید آنها (BOC) می‌توانند آرایه‌های حسگر نانولوله‌ای را روی بسترهای نانومتخلخل با حداکثر 10,000 حسگر گاز آدرس‌پذیر جداگانه در هر تراشه یکپارچه کنند، پیکربندی شبیه به نحوه عملکرد بویایی برای انسان و سایر حیوانات. این تحقیق در منتشر شده است الکترونیک طبیعت (تراشه‌های بویایی بیومیمتیک مبتنی بر آرایه‌های حسگر نانولوله‌ای یکپارچه در مقیاس بزرگ).
(الف) پیکربندی پروفسور. سیستم تراشه بویایی بیومیمتیک فن (BOC) روی یک سگ ربات برای تمایز جعبه کور نصب شده است. ب) تشخیص جعبه ها با دید کامپیوتری، یعنی دوربین. (ج) نتیجه شناسایی سیستم BOC. (د) سیگنال مقاومت ثبت شده در زمان واقعی یک سنسور. (تصویر: HKUST) محققان در سراسر جهان با هدف تقلید از مکانیسم پیچیده سیستم بویایی بیولوژیکی برای تشخیص موثر مخلوط های بویایی پیچیده، بویایی مصنوعی و بینی های الکترونیکی (e-noses) را توسعه داده اند. با این حال، چالش‌های اصلی توسعه آنها در دشواری کوچک کردن سیستم و افزایش قابلیت‌های تشخیص آن در تعیین گونه‌های گاز دقیق و غلظت آنها در مخلوط‌های خوشبوکننده پیچیده نهفته است.
برای مقابله با این مسائل، تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور. FAN Zhiyong، استاد کرسی در دپارتمان مهندسی الکترونیک و کامپیوتر HKUST و دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژیکی، از یک گرادیان ترکیب مواد مهندسی شده استفاده کرد که به آرایه های وسیعی از حسگرهای متنوع روی یک تراشه نانوساختار کوچک اجازه می دهد. با استفاده از قدرت هوش مصنوعی، تراشه‌های بویایی بیومیمتیک آنها حساسیت فوق‌العاده‌ای به گازهای مختلف با قابلیت تشخیص عالی برای گازهای مخلوط و 24 بوی متمایز از خود نشان می‌دهند. با چشم اندازی برای گسترش کاربردهای تراشه بویایی خود، این تیم همچنین تراشه ها را با حسگرهای بینایی روی یک سگ ربات ادغام کردند و یک سیستم بویایی و بینایی ترکیبی ایجاد کردند که می تواند به دقت اشیاء را در جعبه های کور شناسایی کند.
توسعه تراشه‌های بویایی بیومیمتیک نه تنها کاربردهای گسترده موجود در سیستم‌های بویایی مصنوعی و بینی الکترونیکی را در کنترل فرآیندهای غذایی، محیطی، پزشکی و صنعتی و غیره بهبود می‌بخشد، بلکه فرصت‌های جدیدی را در سیستم‌های هوشمند مانند روبات‌های پیشرفته باز می‌کند. و دستگاه های هوشمند قابل حمل، برای کاربرد در گشت های امنیتی و عملیات نجات.
به عنوان مثال، تراشه‌های بویایی بیومیمتیک در کاربردهای خود در نظارت و کنترل کیفیت آنی می‌توانند برای شناسایی و تجزیه و تحلیل بوهای خاص یا ترکیبات فرار مرتبط با مراحل مختلف فرآیندهای صنعتی برای اطمینان از ایمنی استفاده شوند. تشخیص هر گونه گاز غیرعادی یا خطرناک در پایش محیطی؛ و شناسایی نشتی در لوله ها برای تسهیل تعمیر به موقع.
فناوری پیشگامانه ارائه شده در این مطالعه به عنوان یک پیشرفت مهم در حوزه دیجیتالی کردن بو عمل می کند. از آنجا که جامعه علمی شاهد رواج پیروزمندانه دیجیتالی کردن اطلاعات بصری است که توسط فناوری‌های سنجش تصویربرداری مدرن و بالغ تسهیل شده است، قلمرو اطلاعات مبتنی بر رایحه به دلیل عدم وجود حسگرهای بو پیشرفته هنوز دست نخورده باقی مانده است. کار رویایی انجام شده توسط پروفسور. تیم فن راه را برای توسعه حسگرهای بو بیومیمتیک که دارای پتانسیل بسیار زیادی هستند هموار کرده است. با پیشرفت‌های بیشتر، این حسگرها می‌توانند کاربرد گسترده‌ای پیدا کنند، مشابه حضور همه‌جای دوربین‌های کوچک‌شده در تلفن‌های همراه و وسایل الکترونیکی قابل حمل، و در نتیجه کیفیت زندگی مردم را غنی و بهبود می‌بخشند.
یک محقق مشهور بین المللی در علم و مهندسی مواد بین رشته ای، پروفسور. فن مشتاق به ترکیب یک رویکرد عملی با تخیلات متهورانه در انجام تحقیقات درجه یک است که تأثیر اجتماعی ایجاد می کند. او که بیش از دو دهه روی سیستم‌های حسی بیومیمتیک کار می‌کرد، ابتدا با سیستم بینایی شروع کرد و اولین چشم مصنوعی کروی شکل جهان را با شبکیه سه بعدی در سال 3 با موفقیت ساخت. سوار بر این موفقیت، او وارد سیستم بویایی شد و کار خود را با ادغام هر دو سیستم برای تحقق ربات‌های هوشمندتر با کاربردهای گسترده‌تر ارتقا داد.
در آینده، با توسعه مواد زیست سازگار مناسب، ما امیدواریم که تراشه بویایی بیومیمتیک را نیز بتوان بر روی بدن انسان قرار داد تا به ما اجازه بویی را بدهد که معمولاً قابل استشمام نیست. همچنین می‌تواند ناهنجاری‌های موجود در مولکول‌های آلی فرار در نفس ما و ساطع شده از پوست را بررسی کند تا در مورد بیماری‌های احتمالی به ما هشدار دهد و به پتانسیل‌های بیشتر مهندسی بیومیمتیک دست پیدا کنیم.
(الف) پیکربندی پروفسور. سیستم تراشه بویایی بیومیمتیک فن (BOC) روی یک سگ ربات برای تمایز جعبه کور نصب شده است. ب) تشخیص جعبه ها با دید کامپیوتری، یعنی دوربین. (ج) نتیجه شناسایی سیستم BOC. (د) سیگنال مقاومت ثبت شده در زمان واقعی یک سنسور. (تصویر: HKUST) محققان در سراسر جهان با هدف تقلید از مکانیسم پیچیده سیستم بویایی بیولوژیکی برای تشخیص موثر مخلوط های بویایی پیچیده، بویایی مصنوعی و بینی های الکترونیکی (e-noses) را توسعه داده اند. با این حال، چالش‌های اصلی توسعه آنها در دشواری کوچک کردن سیستم و افزایش قابلیت‌های تشخیص آن در تعیین گونه‌های گاز دقیق و غلظت آنها در مخلوط‌های خوشبوکننده پیچیده نهفته است.
برای مقابله با این مسائل، تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور. FAN Zhiyong، استاد کرسی در دپارتمان مهندسی الکترونیک و کامپیوتر HKUST و دپارتمان مهندسی شیمی و بیولوژیکی، از یک گرادیان ترکیب مواد مهندسی شده استفاده کرد که به آرایه های وسیعی از حسگرهای متنوع روی یک تراشه نانوساختار کوچک اجازه می دهد. با استفاده از قدرت هوش مصنوعی، تراشه‌های بویایی بیومیمتیک آنها حساسیت فوق‌العاده‌ای به گازهای مختلف با قابلیت تشخیص عالی برای گازهای مخلوط و 24 بوی متمایز از خود نشان می‌دهند. با چشم اندازی برای گسترش کاربردهای تراشه بویایی خود، این تیم همچنین تراشه ها را با حسگرهای بینایی روی یک سگ ربات ادغام کردند و یک سیستم بویایی و بینایی ترکیبی ایجاد کردند که می تواند به دقت اشیاء را در جعبه های کور شناسایی کند.
توسعه تراشه‌های بویایی بیومیمتیک نه تنها کاربردهای گسترده موجود در سیستم‌های بویایی مصنوعی و بینی الکترونیکی را در کنترل فرآیندهای غذایی، محیطی، پزشکی و صنعتی و غیره بهبود می‌بخشد، بلکه فرصت‌های جدیدی را در سیستم‌های هوشمند مانند روبات‌های پیشرفته باز می‌کند. و دستگاه های هوشمند قابل حمل، برای کاربرد در گشت های امنیتی و عملیات نجات.
به عنوان مثال، تراشه‌های بویایی بیومیمتیک در کاربردهای خود در نظارت و کنترل کیفیت آنی می‌توانند برای شناسایی و تجزیه و تحلیل بوهای خاص یا ترکیبات فرار مرتبط با مراحل مختلف فرآیندهای صنعتی برای اطمینان از ایمنی استفاده شوند. تشخیص هر گونه گاز غیرعادی یا خطرناک در پایش محیطی؛ و شناسایی نشتی در لوله ها برای تسهیل تعمیر به موقع.
فناوری پیشگامانه ارائه شده در این مطالعه به عنوان یک پیشرفت مهم در حوزه دیجیتالی کردن بو عمل می کند. از آنجا که جامعه علمی شاهد رواج پیروزمندانه دیجیتالی کردن اطلاعات بصری است که توسط فناوری‌های سنجش تصویربرداری مدرن و بالغ تسهیل شده است، قلمرو اطلاعات مبتنی بر رایحه به دلیل عدم وجود حسگرهای بو پیشرفته هنوز دست نخورده باقی مانده است. کار رویایی انجام شده توسط پروفسور. تیم فن راه را برای توسعه حسگرهای بو بیومیمتیک که دارای پتانسیل بسیار زیادی هستند هموار کرده است. با پیشرفت‌های بیشتر، این حسگرها می‌توانند کاربرد گسترده‌ای پیدا کنند، مشابه حضور همه‌جای دوربین‌های کوچک‌شده در تلفن‌های همراه و وسایل الکترونیکی قابل حمل، و در نتیجه کیفیت زندگی مردم را غنی و بهبود می‌بخشند.
یک محقق مشهور بین المللی در علم و مهندسی مواد بین رشته ای، پروفسور. فن مشتاق به ترکیب یک رویکرد عملی با تخیلات متهورانه در انجام تحقیقات درجه یک است که تأثیر اجتماعی ایجاد می کند. او که بیش از دو دهه روی سیستم‌های حسی بیومیمتیک کار می‌کرد، ابتدا با سیستم بینایی شروع کرد و اولین چشم مصنوعی کروی شکل جهان را با شبکیه سه بعدی در سال 3 با موفقیت ساخت. سوار بر این موفقیت، او وارد سیستم بویایی شد و کار خود را با ادغام هر دو سیستم برای تحقق ربات‌های هوشمندتر با کاربردهای گسترده‌تر ارتقا داد.
در آینده، با توسعه مواد زیست سازگار مناسب، ما امیدواریم که تراشه بویایی بیومیمتیک را نیز بتوان بر روی بدن انسان قرار داد تا به ما اجازه بویی را بدهد که معمولاً قابل استشمام نیست. همچنین می‌تواند ناهنجاری‌های موجود در مولکول‌های آلی فرار در نفس ما و ساطع شده از پوست را بررسی کند تا در مورد بیماری‌های احتمالی به ما هشدار دهد و به پتانسیل‌های بیشتر مهندسی بیومیمتیک دست پیدا کنیم.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
