29 mars 2024 (Actualités Nanowerk) Une équipe de recherche dirigée par l'École d'ingénierie de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a relevé le défi de longue date consistant à créer des capteurs olfactifs artificiels avec des réseaux de divers capteurs de gaz haute performance. Leurs puces olfactives biomimétiques (BOC) nouvellement développées sont capables d'intégrer des réseaux de capteurs à nanotubes sur des substrats nanoporeux avec jusqu'à 10,000 XNUMX capteurs de gaz adressables individuellement par puce, une configuration similaire au fonctionnement de l'olfaction pour les humains et d'autres animaux. La recherche a été publiée dans Electronique Nature (« Puces olfactives biomimétiques basées sur des réseaux de capteurs de nanotubes monolithiques intégrés à grande échelle »).
(a) Configuration du Prof. Système de puce olfactive biomimétique (BOC) de Fan installé sur un chien robot pour la différenciation des boîtes aveugles. (b) Reconnaissance des boîtes par vision par ordinateur, c'est-à-dire la caméra. (c) Résultat de reconnaissance du système BOC. (d) Signal de résistance enregistré en temps réel d'un capteur. (Image : HKUST) Des chercheurs du monde entier ont développé une olfaction artificielle et des nez électroniques (nez électroniques) dans le but d'émuler le mécanisme complexe du système olfactif biologique pour discerner efficacement des mélanges odorants complexes. Pourtant, les défis majeurs de leur développement résident dans la difficulté de miniaturiser le système et d’augmenter ses capacités de reconnaissance pour déterminer les espèces gazeuses exactes et leurs concentrations au sein de mélanges odorants complexes.
Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de recherche dirigée par le Prof. FAN Zhiyong, professeur titulaire au Département de génie électronique et informatique et au Département de génie chimique et biologique de la HKUST, a utilisé un gradient de composition de matériaux techniques qui permet de créer un large éventail de capteurs divers sur une petite puce nanostructurée. Tirant parti de la puissance de l'intelligence artificielle, leurs puces olfactives biomimétiques présentent une sensibilité exceptionnelle à divers gaz avec une excellente distinction pour les mélanges de gaz et 24 odeurs distinctes. Dans le but d'étendre les applications de leurs puces olfactives, l'équipe a également intégré les puces à des capteurs de vision sur un chien robot, créant ainsi un système olfactif et visuel combiné capable d'identifier avec précision les objets dans des boîtes aveugles.
Le développement des puces olfactives biomimétiques améliorera non seulement les vastes applications existantes des systèmes d'olfaction artificielle et de nez électronique dans le contrôle des processus alimentaires, environnementaux, médicaux et industriels, etc., mais ouvrira également de nouvelles possibilités dans les systèmes intelligents, tels que les robots avancés. et des appareils intelligents portables, pour les applications dans les patrouilles de sécurité et les opérations de sauvetage.
Par exemple, dans leurs applications de surveillance et de contrôle qualité en temps réel, les puces olfactives biomimétiques peuvent être utilisées pour détecter et analyser des odeurs spécifiques ou des composés volatils associés à différentes étapes des processus industriels afin d'en garantir la sécurité ; détecter tout gaz anormal ou dangereux lors de la surveillance environnementale ; et identifier les fuites dans les tuyaux pour faciliter une réparation rapide.
La technologie révolutionnaire présentée dans cette étude constitue une avancée majeure dans le domaine de la numérisation des odeurs. Alors que la communauté scientifique est témoin de la prédominance triomphante de la numérisation des informations visuelles, facilitée par les technologies modernes et matures de détection d’images, le domaine des informations basées sur les odeurs reste encore inexploité en raison de l’absence de capteurs d’odeurs avancés. Le travail visionnaire mené par le Prof. L'équipe de Fan a ouvert la voie au développement de capteurs d'odeurs biomimétiques possédant un immense potentiel. Avec de nouveaux progrès, ces capteurs pourraient être largement utilisés, à l'instar de la présence omniprésente de caméras miniaturisées dans les téléphones portables et les appareils électroniques portables, enrichissant et améliorant ainsi la qualité de vie des gens.
Spécialiste de renommée internationale en science et ingénierie interdisciplinaire des matériaux, le Prof. Fan souhaite combiner une approche pratique avec une imagination audacieuse pour mener une recherche de premier ordre qui génère un impact social. Travaillant sur les systèmes sensoriels biomimétiques depuis plus de deux décennies, il a commencé par le système visuel et a développé avec succès le premier œil artificiel sphérique au monde avec rétine 3D en 2020. Fort de ce succès, il s'est aventuré dans le système olfactif et a élevé son travail en intégrant les deux systèmes pour créer des robots plus intelligents avec des applications étendues.
« À l’avenir, avec le développement de matériaux biocompatibles adaptés, nous espérons que la puce olfactive biomimétique pourra également être placée sur le corps humain pour nous permettre de sentir des odeurs qui ne peuvent normalement pas être senties. Il peut également surveiller les anomalies des molécules organiques volatiles présentes dans notre respiration et émises par notre peau, pour nous avertir de maladies potentielles, atteignant ainsi le potentiel de l'ingénierie biomimétique », a déclaré le professeur.
(a) Configuration du Prof. Système de puce olfactive biomimétique (BOC) de Fan installé sur un chien robot pour la différenciation des boîtes aveugles. (b) Reconnaissance des boîtes par vision par ordinateur, c'est-à-dire la caméra. (c) Résultat de reconnaissance du système BOC. (d) Signal de résistance enregistré en temps réel d'un capteur. (Image : HKUST) Des chercheurs du monde entier ont développé une olfaction artificielle et des nez électroniques (nez électroniques) dans le but d'émuler le mécanisme complexe du système olfactif biologique pour discerner efficacement des mélanges odorants complexes. Pourtant, les défis majeurs de leur développement résident dans la difficulté de miniaturiser le système et d’augmenter ses capacités de reconnaissance pour déterminer les espèces gazeuses exactes et leurs concentrations au sein de mélanges odorants complexes.
Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de recherche dirigée par le Prof. FAN Zhiyong, professeur titulaire au Département de génie électronique et informatique et au Département de génie chimique et biologique de la HKUST, a utilisé un gradient de composition de matériaux techniques qui permet de créer un large éventail de capteurs divers sur une petite puce nanostructurée. Tirant parti de la puissance de l'intelligence artificielle, leurs puces olfactives biomimétiques présentent une sensibilité exceptionnelle à divers gaz avec une excellente distinction pour les mélanges de gaz et 24 odeurs distinctes. Dans le but d'étendre les applications de leurs puces olfactives, l'équipe a également intégré les puces à des capteurs de vision sur un chien robot, créant ainsi un système olfactif et visuel combiné capable d'identifier avec précision les objets dans des boîtes aveugles.
Le développement des puces olfactives biomimétiques améliorera non seulement les vastes applications existantes des systèmes d'olfaction artificielle et de nez électronique dans le contrôle des processus alimentaires, environnementaux, médicaux et industriels, etc., mais ouvrira également de nouvelles possibilités dans les systèmes intelligents, tels que les robots avancés. et des appareils intelligents portables, pour les applications dans les patrouilles de sécurité et les opérations de sauvetage.
Par exemple, dans leurs applications de surveillance et de contrôle qualité en temps réel, les puces olfactives biomimétiques peuvent être utilisées pour détecter et analyser des odeurs spécifiques ou des composés volatils associés à différentes étapes des processus industriels afin d'en garantir la sécurité ; détecter tout gaz anormal ou dangereux lors de la surveillance environnementale ; et identifier les fuites dans les tuyaux pour faciliter une réparation rapide.
La technologie révolutionnaire présentée dans cette étude constitue une avancée majeure dans le domaine de la numérisation des odeurs. Alors que la communauté scientifique est témoin de la prédominance triomphante de la numérisation des informations visuelles, facilitée par les technologies modernes et matures de détection d’images, le domaine des informations basées sur les odeurs reste encore inexploité en raison de l’absence de capteurs d’odeurs avancés. Le travail visionnaire mené par le Prof. L'équipe de Fan a ouvert la voie au développement de capteurs d'odeurs biomimétiques possédant un immense potentiel. Avec de nouveaux progrès, ces capteurs pourraient être largement utilisés, à l'instar de la présence omniprésente de caméras miniaturisées dans les téléphones portables et les appareils électroniques portables, enrichissant et améliorant ainsi la qualité de vie des gens.
Spécialiste de renommée internationale en science et ingénierie interdisciplinaire des matériaux, le Prof. Fan souhaite combiner une approche pratique avec une imagination audacieuse pour mener une recherche de premier ordre qui génère un impact social. Travaillant sur les systèmes sensoriels biomimétiques depuis plus de deux décennies, il a commencé par le système visuel et a développé avec succès le premier œil artificiel sphérique au monde avec rétine 3D en 2020. Fort de ce succès, il s'est aventuré dans le système olfactif et a élevé son travail en intégrant les deux systèmes pour créer des robots plus intelligents avec des applications étendues.
« À l’avenir, avec le développement de matériaux biocompatibles adaptés, nous espérons que la puce olfactive biomimétique pourra également être placée sur le corps humain pour nous permettre de sentir des odeurs qui ne peuvent normalement pas être senties. Il peut également surveiller les anomalies des molécules organiques volatiles présentes dans notre respiration et émises par notre peau, pour nous avertir de maladies potentielles, atteignant ainsi le potentiel de l'ingénierie biomimétique », a déclaré le professeur.
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