29 marzo 2024 (Notizie Nanowerk) Un gruppo di ricerca guidato dalla Scuola di Ingegneria dell'Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong (HKUST) ha affrontato la sfida di lunga data di creare sensori olfattivi artificiali con matrici di diversi sensori di gas ad alte prestazioni. I loro chip olfattivi biomimetici (BOC) di nuova concezione sono in grado di integrare matrici di sensori di nanotubi su substrati nanoporosi con un massimo di 10,000 sensori di gas indirizzabili individualmente per chip, una configurazione simile a come funziona l'olfatto per gli esseri umani e altri animali. La ricerca è stata pubblicata in Elettronica per la natura (“Chip olfattivi biomimetici basati su array di sensori di nanotubi integrati monoliticamente su larga scala”).
(a) Configurazione del Prof. Sistema di chip olfattivo biomimetico (BOC) di Fan installato su un cane robot per la differenziazione della scatola cieca. (b) Riconoscimento delle scatole tramite visione artificiale, ovvero la fotocamera. (c) Risultato del riconoscimento del sistema BOC. (d) Segnale di resistenza registrato in tempo reale di un sensore. (Immagine: HKUST) Ricercatori di tutto il mondo hanno sviluppato olfatto artificiale e nasi elettronici (e-nasi) con l'obiettivo di emulare l'intricato meccanismo del sistema olfattivo biologico per discernere efficacemente miscele odorose complesse. Tuttavia, le principali sfide del loro sviluppo risiedono nella difficoltà di miniaturizzare il sistema e di aumentare le sue capacità di riconoscimento nel determinare le esatte specie di gas e le loro concentrazioni all'interno di miscele odorose complesse.
Per affrontare questi problemi, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. FAN Zhiyong, professore titolare presso il Dipartimento di ingegneria elettronica e informatica e il Dipartimento di ingegneria chimica e biologica dell'HKUST, ha utilizzato un gradiente di composizione del materiale ingegnerizzato che consente un'ampia gamma di sensori diversi su un piccolo chip nanostrutturato. Sfruttando la potenza dell'intelligenza artificiale, i loro chip olfattivi biomimetici mostrano un'eccezionale sensibilità a vari gas con un'eccellente distinguibilità per i gas misti e 24 odori distinti. Con l'obiettivo di espandere le applicazioni dei chip olfattivi, il team ha anche integrato i chip con sensori di visione su un cane robot, creando un sistema olfattivo e visivo combinato in grado di identificare con precisione gli oggetti nelle scatole cieche.
Lo sviluppo dei chip olfattivi biomimetici non solo migliorerà le ampie applicazioni esistenti dei sistemi di olfatto artificiale e di naso elettronico nel controllo dei processi alimentari, ambientali, medici e industriali, ecc., ma aprirà anche nuove possibilità nei sistemi intelligenti, come i robot avanzati e dispositivi intelligenti portatili, per applicazioni nelle pattuglie di sicurezza e nelle operazioni di salvataggio.
Ad esempio, nelle loro applicazioni di monitoraggio in tempo reale e controllo qualità, i chip olfattivi biomimetici possono essere utilizzati per rilevare e analizzare odori specifici o composti volatili associati a diverse fasi dei processi industriali per garantire la sicurezza; rilevare eventuali gas anomali o pericolosi nel monitoraggio ambientale; e identificare le perdite nei tubi per facilitare la riparazione tempestiva.
La tecnologia innovativa presentata in questo studio rappresenta una svolta fondamentale nel campo della digitalizzazione degli odori. Mentre la comunità scientifica assiste alla trionfante prevalenza della digitalizzazione delle informazioni visive, facilitata dalle moderne e mature tecnologie di rilevamento delle immagini, il regno delle informazioni basate sugli odori è ancora rimasto inutilizzato a causa dell’assenza di sensori di odori avanzati. Il lavoro visionario condotto dal Prof. Il team di Fan ha aperto la strada allo sviluppo di sensori di odori biomimetici che possiedono un potenziale immenso. Con ulteriori progressi, questi sensori potrebbero trovare un utilizzo diffuso, simile alla presenza onnipresente di fotocamere miniaturizzate nei telefoni cellulari e nei dispositivi elettronici portatili, arricchendo e migliorando così la qualità della vita delle persone.
Studioso di fama internazionale in scienza e ingegneria dei materiali interdisciplinari, il Prof. Fan desidera combinare un approccio pratico con un'immaginazione audace nel condurre una ricerca di alto livello che generi un impatto sociale. Lavorando sui sistemi sensoriali biomimetici per più di due decenni, ha iniziato con il sistema visivo e nel 3 ha sviluppato con successo il primo occhio artificiale sferico al mondo con retina 2020D. Sulla scia di questo successo, si è avventurato nel sistema olfattivo e ha migliorato il suo lavoro integrando entrambi i sistemi per realizzare robot più intelligenti con applicazioni ampliate.
“In futuro, con lo sviluppo di idonei materiali biocompatibili, speriamo che il chip olfattivo biomimetico possa essere posizionato anche sul corpo umano per permetterci di annusare odori che normalmente non si possono sentire. Può anche monitorare le anomalie nelle molecole organiche volatili nel nostro respiro ed emesse dalla nostra pelle, per avvisarci di potenziali malattie, raggiungendo ulteriori potenzialità dell’ingegneria biomimetica”, ha affermato il Prof.
(a) Configurazione del Prof. Sistema di chip olfattivo biomimetico (BOC) di Fan installato su un cane robot per la differenziazione della scatola cieca. (b) Riconoscimento delle scatole tramite visione artificiale, ovvero la fotocamera. (c) Risultato del riconoscimento del sistema BOC. (d) Segnale di resistenza registrato in tempo reale di un sensore. (Immagine: HKUST) Ricercatori di tutto il mondo hanno sviluppato olfatto artificiale e nasi elettronici (e-nasi) con l'obiettivo di emulare l'intricato meccanismo del sistema olfattivo biologico per discernere efficacemente miscele odorose complesse. Tuttavia, le principali sfide del loro sviluppo risiedono nella difficoltà di miniaturizzare il sistema e di aumentare le sue capacità di riconoscimento nel determinare le esatte specie di gas e le loro concentrazioni all'interno di miscele odorose complesse.
Per affrontare questi problemi, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. FAN Zhiyong, professore titolare presso il Dipartimento di ingegneria elettronica e informatica e il Dipartimento di ingegneria chimica e biologica dell'HKUST, ha utilizzato un gradiente di composizione del materiale ingegnerizzato che consente un'ampia gamma di sensori diversi su un piccolo chip nanostrutturato. Sfruttando la potenza dell'intelligenza artificiale, i loro chip olfattivi biomimetici mostrano un'eccezionale sensibilità a vari gas con un'eccellente distinguibilità per i gas misti e 24 odori distinti. Con l'obiettivo di espandere le applicazioni dei chip olfattivi, il team ha anche integrato i chip con sensori di visione su un cane robot, creando un sistema olfattivo e visivo combinato in grado di identificare con precisione gli oggetti nelle scatole cieche.
Lo sviluppo dei chip olfattivi biomimetici non solo migliorerà le ampie applicazioni esistenti dei sistemi di olfatto artificiale e di naso elettronico nel controllo dei processi alimentari, ambientali, medici e industriali, ecc., ma aprirà anche nuove possibilità nei sistemi intelligenti, come i robot avanzati e dispositivi intelligenti portatili, per applicazioni nelle pattuglie di sicurezza e nelle operazioni di salvataggio.
Ad esempio, nelle loro applicazioni di monitoraggio in tempo reale e controllo qualità, i chip olfattivi biomimetici possono essere utilizzati per rilevare e analizzare odori specifici o composti volatili associati a diverse fasi dei processi industriali per garantire la sicurezza; rilevare eventuali gas anomali o pericolosi nel monitoraggio ambientale; e identificare le perdite nei tubi per facilitare la riparazione tempestiva.
La tecnologia innovativa presentata in questo studio rappresenta una svolta fondamentale nel campo della digitalizzazione degli odori. Mentre la comunità scientifica assiste alla trionfante prevalenza della digitalizzazione delle informazioni visive, facilitata dalle moderne e mature tecnologie di rilevamento delle immagini, il regno delle informazioni basate sugli odori è ancora rimasto inutilizzato a causa dell’assenza di sensori di odori avanzati. Il lavoro visionario condotto dal Prof. Il team di Fan ha aperto la strada allo sviluppo di sensori di odori biomimetici che possiedono un potenziale immenso. Con ulteriori progressi, questi sensori potrebbero trovare un utilizzo diffuso, simile alla presenza onnipresente di fotocamere miniaturizzate nei telefoni cellulari e nei dispositivi elettronici portatili, arricchendo e migliorando così la qualità della vita delle persone.
Studioso di fama internazionale in scienza e ingegneria dei materiali interdisciplinari, il Prof. Fan desidera combinare un approccio pratico con un'immaginazione audace nel condurre una ricerca di alto livello che generi un impatto sociale. Lavorando sui sistemi sensoriali biomimetici per più di due decenni, ha iniziato con il sistema visivo e nel 3 ha sviluppato con successo il primo occhio artificiale sferico al mondo con retina 2020D. Sulla scia di questo successo, si è avventurato nel sistema olfattivo e ha migliorato il suo lavoro integrando entrambi i sistemi per realizzare robot più intelligenti con applicazioni ampliate.
“In futuro, con lo sviluppo di idonei materiali biocompatibili, speriamo che il chip olfattivo biomimetico possa essere posizionato anche sul corpo umano per permetterci di annusare odori che normalmente non si possono sentire. Può anche monitorare le anomalie nelle molecole organiche volatili nel nostro respiro ed emesse dalla nostra pelle, per avvisarci di potenziali malattie, raggiungendo ulteriori potenzialità dell’ingegneria biomimetica”, ha affermato il Prof.
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- Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
