29 mars 2024 (Nanowerk Nyheter) Ett forskarlag som leds av School of Engineering vid Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) har tagit itu med den långvariga utmaningen att skapa konstgjorda luktsensorer med en rad olika högpresterande gassensorer. Deras nyutvecklade biomimetiska luktchips (BOC) kan integrera nanorörssensorer på nanoporösa substrat med upp till 10,000 XNUMX individuellt adresserbara gassensorer per chip, en konfiguration som liknar hur lukten fungerar för människor och andra djur. Forskningen har publicerats i Naturelektronik ("Biomimetiska luktchips baserade på storskaliga monolitiskt integrerade nanorörssensorer").
(a) Konfiguration av Prof. Fläktens biomimetiska luktchipssystem (BOC) installerat på en robothund för differentiering av blindbox. (b) Igenkänning av lådor genom datorseende, det vill säga kameran. (c) Erkännanderesultat av BOC-systemet. (d) Realtidsregistrerad motståndssignal från en sensor. (Bild: HKUST) Forskare över hela världen har utvecklat artificiell lukt och elektroniska näsor (e-näsor) i syfte att efterlikna den invecklade mekanismen hos det biologiska luktsystemet för att effektivt urskilja komplexa luktblandningar. Ändå ligger stora utmaningar för deras utveckling på svårigheten att miniatyrisera systemet och öka dess igenkänningsförmåga för att bestämma exakta gasarter och deras koncentrationer i komplexa luktblandningar.
För att ta itu med dessa frågor har forskargruppen ledd av Prof. FAN Zhiyong, ordförande vid HKUST:s avdelning för elektronik- och datorteknik och avdelningen för kemi- och biologisk teknik, använde en konstruerad materialsammansättningsgradient som möjliggör breda uppsättningar av olika sensorer på ett litet nanostrukturerat chip. Genom att utnyttja kraften i artificiell intelligens uppvisar deras biomimetiska luktchips exceptionell känslighet för olika gaser med utmärkt urskiljbarhet för blandade gaser och 24 distinkta lukter. Med en vision om att utöka sina doftchips applikationer integrerade teamet även chipsen med synsensorer på en robothund, vilket skapade ett kombinerat lukt- och visuellt system som exakt kan identifiera föremål i blinda lådor.
Utvecklingen av de biomimetiska luktchipsen kommer inte bara att förbättra de befintliga breda tillämpningarna av den artificiella lukten och e-nos-systemen inom livsmedels-, miljö-, medicinsk och industriell processkontroll etc, utan också öppna upp nya möjligheter i intelligenta system, såsom avancerade robotar och bärbara smarta enheter, för tillämpningar inom säkerhetspatruller och räddningsoperationer.
Till exempel, i sina tillämpningar inom realtidsövervakning och kvalitetskontroll, kan de biomimetiska luktchipsen användas för att upptäcka och analysera specifika lukter eller flyktiga föreningar associerade med olika stadier av industriella processer för att säkerställa säkerheten; upptäcka onormala eller farliga gaser vid miljöövervakning; och identifiera läckage i rör för att underlätta snabb reparation.
Den banbrytande tekniken som presenteras i denna studie fungerar som ett avgörande genombrott inom luktdigitaliseringens område. Eftersom det vetenskapliga samfundet bevittnar den triumferande utbredningen av digitalisering av visuell information, som underlättas av den moderna och mogna bildavkänningstekniken, har doftbaserad information ännu förblivit outnyttjad på grund av frånvaron av avancerade luktsensorer. Det visionära arbetet utfört av Prof. Fans team har banat väg för utvecklingen av biomimetiska luktsensorer som har enorm potential. Med ytterligare framsteg kan dessa sensorer komma till utbredd användning, i likhet med den allestädes närvarande förekomsten av miniatyriserade kameror i mobiltelefoner och bärbar elektronik, och därigenom berika och förbättra människors livskvalitet.
En internationellt känd forskare inom tvärvetenskaplig materialvetenskap och teknik, Prof. Fan är angelägen om att kombinera ett praktiskt tillvägagångssätt med vågad fantasi för att driva förstklassig forskning som genererar social påverkan. Han arbetade med biomimetiska sensoriska system i mer än två decennier, började först med det visuella systemet och utvecklade framgångsrikt världens första sfäriska konstgjorda öga med 3D-näthinna 2020. På grund av denna framgång vågade han sig in i luktsystemet och höjde sitt arbete genom att integrera båda systemen för att realisera mer intelligenta robotar med utökade applikationer.
"I framtiden, med utvecklingen av lämpliga biokompatibla material, hoppas vi att det biomimetiska luktchipset också kan placeras på människokroppen för att tillåta oss att lukta lukt som normalt inte kan luktas. Den kan också övervaka avvikelserna i flyktiga organiska molekyler i vår andedräkt och som emitteras av vår hud, för att varna oss för potentiella sjukdomar och nå ytterligare potential för biomimetisk ingenjörskonst, säger prof.
(a) Konfiguration av Prof. Fläktens biomimetiska luktchipssystem (BOC) installerat på en robothund för differentiering av blindbox. (b) Igenkänning av lådor genom datorseende, det vill säga kameran. (c) Erkännanderesultat av BOC-systemet. (d) Realtidsregistrerad motståndssignal från en sensor. (Bild: HKUST) Forskare över hela världen har utvecklat artificiell lukt och elektroniska näsor (e-näsor) i syfte att efterlikna den invecklade mekanismen hos det biologiska luktsystemet för att effektivt urskilja komplexa luktblandningar. Ändå ligger stora utmaningar för deras utveckling på svårigheten att miniatyrisera systemet och öka dess igenkänningsförmåga för att bestämma exakta gasarter och deras koncentrationer i komplexa luktblandningar.
För att ta itu med dessa frågor har forskargruppen ledd av Prof. FAN Zhiyong, ordförande vid HKUST:s avdelning för elektronik- och datorteknik och avdelningen för kemi- och biologisk teknik, använde en konstruerad materialsammansättningsgradient som möjliggör breda uppsättningar av olika sensorer på ett litet nanostrukturerat chip. Genom att utnyttja kraften i artificiell intelligens uppvisar deras biomimetiska luktchips exceptionell känslighet för olika gaser med utmärkt urskiljbarhet för blandade gaser och 24 distinkta lukter. Med en vision om att utöka sina doftchips applikationer integrerade teamet även chipsen med synsensorer på en robothund, vilket skapade ett kombinerat lukt- och visuellt system som exakt kan identifiera föremål i blinda lådor.
Utvecklingen av de biomimetiska luktchipsen kommer inte bara att förbättra de befintliga breda tillämpningarna av den artificiella lukten och e-nos-systemen inom livsmedels-, miljö-, medicinsk och industriell processkontroll etc, utan också öppna upp nya möjligheter i intelligenta system, såsom avancerade robotar och bärbara smarta enheter, för tillämpningar inom säkerhetspatruller och räddningsoperationer.
Till exempel, i sina tillämpningar inom realtidsövervakning och kvalitetskontroll, kan de biomimetiska luktchipsen användas för att upptäcka och analysera specifika lukter eller flyktiga föreningar associerade med olika stadier av industriella processer för att säkerställa säkerheten; upptäcka onormala eller farliga gaser vid miljöövervakning; och identifiera läckage i rör för att underlätta snabb reparation.
Den banbrytande tekniken som presenteras i denna studie fungerar som ett avgörande genombrott inom luktdigitaliseringens område. Eftersom det vetenskapliga samfundet bevittnar den triumferande utbredningen av digitalisering av visuell information, som underlättas av den moderna och mogna bildavkänningstekniken, har doftbaserad information ännu förblivit outnyttjad på grund av frånvaron av avancerade luktsensorer. Det visionära arbetet utfört av Prof. Fans team har banat väg för utvecklingen av biomimetiska luktsensorer som har enorm potential. Med ytterligare framsteg kan dessa sensorer komma till utbredd användning, i likhet med den allestädes närvarande förekomsten av miniatyriserade kameror i mobiltelefoner och bärbar elektronik, och därigenom berika och förbättra människors livskvalitet.
En internationellt känd forskare inom tvärvetenskaplig materialvetenskap och teknik, Prof. Fan är angelägen om att kombinera ett praktiskt tillvägagångssätt med vågad fantasi för att driva förstklassig forskning som genererar social påverkan. Han arbetade med biomimetiska sensoriska system i mer än två decennier, började först med det visuella systemet och utvecklade framgångsrikt världens första sfäriska konstgjorda öga med 3D-näthinna 2020. På grund av denna framgång vågade han sig in i luktsystemet och höjde sitt arbete genom att integrera båda systemen för att realisera mer intelligenta robotar med utökade applikationer.
"I framtiden, med utvecklingen av lämpliga biokompatibla material, hoppas vi att det biomimetiska luktchipset också kan placeras på människokroppen för att tillåta oss att lukta lukt som normalt inte kan luktas. Den kan också övervaka avvikelserna i flyktiga organiska molekyler i vår andedräkt och som emitteras av vår hud, för att varna oss för potentiella sjukdomar och nå ytterligare potential för biomimetisk ingenjörskonst, säger prof.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64946.php
