29 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) 香港科技大学 (HKUST) 工学部が率いる研究チームは、さまざまな高性能ガス センサーを組み合わせた人工嗅覚センサーを作成するという長年の課題に取り組んできました。同社が新たに開発した生体模倣嗅覚チップ（BOC）は、ナノ多孔質基板上にナノチューブセンサーアレイをチップごとに最大10,000個の個別にアドレス指定可能なガスセンサーと統合することができ、この構成は人間や他の動物の嗅覚の仕組みと似ています。この研究は、 ネイチャーエレクトロニクス (「大規模にモノリシックに集積されたナノチューブセンサーアレイに基づく生体模倣嗅覚チップ」).
(a) 教授の構成 ブラインドボックスの識別のためにロボット犬に取り付けられたファンの生体模倣嗅覚チップ (BOC) システム。 (b) コンピュータビジョン、つまりカメラによるボックスの認識。 (c) BOC システムの認識結果。 (d) リアルタイムに記録されたセンサーの抵抗信号。 (画像: HKUST) 世界中の研究者は、生物学的嗅覚系の複雑なメカニズムをエミュレートして、複雑な臭気物質の混合物を効果的に識別することを目的として、人工嗅覚と電子鼻 (e-noses) を開発してきました。 しかし、その開発の主な課題は、システムを小型化し、複雑な臭気物質混合物内の正確なガス種とその濃度を決定する認識能力を高めることが難しいことにあります。
これらの問題に取り組むために、教授率いる研究チームは、 HKUSTの電子・コンピュータ工学部および化学・生物工学部の主席教授であるFAN Zhiyong氏は、1つの小さなナノ構造チップ上に多種多様なセンサーを幅広く搭載できるようにする人工材料組成勾配を使用した。 人工知能の力を活用する同社の生体模倣嗅覚チップは、さまざまなガスに対して優れた感度を示し、混合ガスと 24 種類の異なる匂いに対する優れた識別能力を備えています。 嗅覚チップの用途を拡大するというビジョンを持って、チームはまた、ロボット犬の視覚センサーとチップを統合し、ブラインドボックス内の物体を正確に識別できる嗅覚と視覚を組み合わせたシステムを作成しました。
生体模倣嗅覚チップの開発は、食品、環境、医療、産業プロセス制御などにおける人工嗅覚および電子鼻システムの既存の広範な応用を改善するだけでなく、高度なロボットなどのインテリジェントシステムの新たな可能性も開くでしょう。セキュリティパトロールや救助活動のアプリケーション向けのポータブルスマートデバイス。
たとえば、リアルタイム監視および品質管理におけるアプリケーションでは、安全性を確保するために工業プロセスのさまざまな段階に関連する特定の臭気や揮発性化合物を検出および分析するために、生体模倣嗅覚チップを使用できます。環境モニタリングで異常または有害なガスを検出します。パイプ内の漏れを特定して、タイムリーな修理を促進します。
この研究で発表された画期的なテクノロジーは、匂いのデジタル化の分野における極めて重要なブレークスルーとして機能します。 科学界は、現代の成熟した画像センシング技術によって促進された視覚情報のデジタル化が勝利を収めて普及しているのを目の当たりにしていますが、高度な匂いセンサーが存在しないため、匂いベースの情報の領域はまだ未開発のままです。 教授が行った先見の明のある仕事。 ファンのチームは、計り知れない可能性を秘めた生体模倣臭気センサーの開発への道を切り開きました。 さらなる進歩により、これらのセンサーは、携帯電話やポータブル電子機器に小型カメラが遍在するのと同じように、広く利用され、それによって人々の生活の質を豊かにし、向上させる可能性があります。
学際的な材料科学と工学の分野で国際的に著名な学者である教授。 ファンは、社会的影響を生み出す一流の研究を推進するために、実践的なアプローチと大胆な想像力を組み合わせることに熱心です。 3 年以上にわたって生体模倣感覚システムに取り組んできた彼は、まず視覚システムから着手し、2020 年に XNUMXD 網膜を備えた世界初の球状人工眼の開発に成功しました。 この成功に乗って、彼は嗅覚システムに挑戦し、両方のシステムを統合して、拡張されたアプリケーションを備えたよりインテリジェントなロボットを実現することで自分の研究を向上させました。
「将来的には、適切な生体適合性材料の開発により、生体模倣嗅覚チップを人体に装着して、通常は嗅ぐことができない匂いを嗅ぐことができるようになることを期待しています。 また、私たちの息や皮膚から放出される揮発性有機分子の異常を監視して、潜在的な病気について警告することもでき、生体模倣工学のさらなる可能性に到達します。」
(a) 教授の構成 ブラインドボックスの識別のためにロボット犬に取り付けられたファンの生体模倣嗅覚チップ (BOC) システム。 (b) コンピュータビジョン、つまりカメラによるボックスの認識。 (c) BOC システムの認識結果。 (d) リアルタイムに記録されたセンサーの抵抗信号。 (画像: HKUST) 世界中の研究者は、生物学的嗅覚系の複雑なメカニズムをエミュレートして、複雑な臭気物質の混合物を効果的に識別することを目的として、人工嗅覚と電子鼻 (e-noses) を開発してきました。 しかし、その開発の主な課題は、システムを小型化し、複雑な臭気物質混合物内の正確なガス種とその濃度を決定する認識能力を高めることが難しいことにあります。
これらの問題に取り組むために、教授率いる研究チームは、 HKUSTの電子・コンピュータ工学部および化学・生物工学部の主席教授であるFAN Zhiyong氏は、1つの小さなナノ構造チップ上に多種多様なセンサーを幅広く搭載できるようにする人工材料組成勾配を使用した。 人工知能の力を活用する同社の生体模倣嗅覚チップは、さまざまなガスに対して優れた感度を示し、混合ガスと 24 種類の異なる匂いに対する優れた識別能力を備えています。 嗅覚チップの用途を拡大するというビジョンを持って、チームはまた、ロボット犬の視覚センサーとチップを統合し、ブラインドボックス内の物体を正確に識別できる嗅覚と視覚を組み合わせたシステムを作成しました。
生体模倣嗅覚チップの開発は、食品、環境、医療、産業プロセス制御などにおける人工嗅覚および電子鼻システムの既存の広範な応用を改善するだけでなく、高度なロボットなどのインテリジェントシステムの新たな可能性も開くでしょう。セキュリティパトロールや救助活動のアプリケーション向けのポータブルスマートデバイス。
たとえば、リアルタイム監視および品質管理におけるアプリケーションでは、安全性を確保するために工業プロセスのさまざまな段階に関連する特定の臭気や揮発性化合物を検出および分析するために、生体模倣嗅覚チップを使用できます。環境モニタリングで異常または有害なガスを検出します。パイプ内の漏れを特定して、タイムリーな修理を促進します。
この研究で発表された画期的なテクノロジーは、匂いのデジタル化の分野における極めて重要なブレークスルーとして機能します。 科学界は、現代の成熟した画像センシング技術によって促進された視覚情報のデジタル化が勝利を収めて普及しているのを目の当たりにしていますが、高度な匂いセンサーが存在しないため、匂いベースの情報の領域はまだ未開発のままです。 教授が行った先見の明のある仕事。 ファンのチームは、計り知れない可能性を秘めた生体模倣臭気センサーの開発への道を切り開きました。 さらなる進歩により、これらのセンサーは、携帯電話やポータブル電子機器に小型カメラが遍在するのと同じように、広く利用され、それによって人々の生活の質を豊かにし、向上させる可能性があります。
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「将来的には、適切な生体適合性材料の開発により、生体模倣嗅覚チップを人体に装着して、通常は嗅ぐことができない匂いを嗅ぐことができるようになることを期待しています。 また、私たちの息や皮膚から放出される揮発性有機分子の異常を監視して、潜在的な病気について警告することもでき、生体模倣工学のさらなる可能性に到達します。」
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
