Kvapai yra visur aplink mus ir dažnai greitai išsisklaido – pavojingose situacijose, pavyzdžiui, gaisrų metu, vėjo sąlygos greitai pašalina dūmus (ir dūmų kvapą) nuo jų kilmės. Siųsti žmones apžiūrėti nelaimės zonų visada yra rizika, taigi, ką daryti, jei robotas, turintis elektroninę nosį arba elektroninę nosį, galėtų atsekti pavojų, „užuosdamas“ jo kvapą?
Ši koncepcija paskatino neseniai atliktą tyrimą Mokslo pažangakurioje mokslininkai sukūrė elektroninę nosį, kuri gali ne tik aptikti kvapus tokiu pačiu greičiu kaip pelės uoslės sistema, bet ir atskirti kvapus pagal specifinius raštus, kuriuos jie sukuria laikui bėgant sąveikaudami su elektroninės nosies jutikliu.
„Kai kvapus neša turbulentinis oro srautas, jie susmulkinami į mažesnius paketus“, – sako Michaelas Schmukeris, Hertfordšyro universiteto Jungtinėje Karalystėje profesorius. Schmuker teigia, kad šie kvapų paketai gali greitai keistis, o tai reiškia, kad veiksminga kvapo jutimo sistema turi būti greita, kad juos aptiktų. Ir tai, kaip keičiasi paketai – ir kaip dažnai tai nutinka – gali padėti suprasti, kiek toli yra kvapo šaltinis.
Kaip veikia E-nosis
Elektroninėje nosyje naudojami metalo oksido dujų jutikliai, kurių jutiklinis paviršius šildomas ir atšaldomas iki 150–400 °C iki 20 kartų per sekundę. Redokso reakcijos vyksta jutimo paviršiuje, kai jis tiesiogiai liečiasi su kvapu.
Naujoji elektroninė nosis yra mažesnė nei kreditinė kortelė, joje yra keli jutikliai, pavyzdžiui, esantis dešinėje.Nikas Dennleris ir kt.
E-nosis yra mažesnė nei kreditinė kortelė, jos energijos suvartojimas yra tik 1,2–1,5 vato (įskaitant mikroprocesorių ir USB rodmenis). Tyrėjai sukūrė sistemą iš jau paruoštų komponentų su specialiai sukurtomis skaitmeninėmis sąsajomis, kad būtų galima tiksliau nustatyti kvapo dinamiką, kai jie susiduria su šildomais elektrodais, sudarančius jutimo paviršių. „Kvapai sklinda aplink mus ore ir kai kurie iš jų reaguoja su tuo karštu paviršiumi“, – sako Schmuker. „Kaip jie su juo reaguoja, priklauso nuo jų pačių cheminės sudėties – jie gali oksiduotis arba sumažinti paviršių, tačiau vyksta cheminė reakcija.
Dėl to kinta metalo oksido elektrodų varža, kurią galima išmatuoti. Šio pokyčio dydis ir dinamika skiriasi įvairiems kvapiųjų medžiagų ir jutiklių medžiagų deriniams. E-nosis naudoja dvi poras keturių skirtingų jutiklių, kad sukurtų pasipriešinimo atsako kreivių modelį. Atsparumo kreivės iliustruoja, kaip jutiklio pasipriešinimas keičiasi laikui bėgant, reaguojant į dirgiklį, pvz., kvapą. Šios kreivės fiksuoja jutiklio fizinės sąveikos pavertimą elektriniu signalu, pavyzdžiui, kvapo molekulę, kuri prisijungia prie paviršiaus. Kadangi kiekvienas kvapas sukuria skirtingą reakcijos modelį, analizuojant, kaip laikui bėgant vystosi elektros signalas, galima nustatyti konkrečius kvapus.
„Mes išsiaiškinom, kad apie 20 kartų per sekundę greitai keičiant temperatūrą pirmyn ir atgal nuo 150 °C iki 400 °C, gaunami išskirtiniai duomenų modeliai, kurie palengvino specifinių kvapų atpažinimą“, – sako Nikas Dennleris, dvigubas mokslų daktaras. Hertfordšyro universiteto ir Vakarų Sidnėjaus universiteto studentas. Sukūrus vaizdą, kaip kvapioji medžiaga reaguoja esant skirtingoms temperatūroms, atsako kreivės gali būti prijungtos prie mašininio mokymosi algoritmo, kad būtų galima nustatyti modelius, susijusius su konkrečiu kvapu.
Nors elektroninė nosis „nekuosto“ kaip įprasta nosis, periodinis kaitinimo ciklas, skirtas kvapams aptikti, primena periodinį žinduolių uostymą.
E-nosies naudojimas nelaimių valdyme
2021 m. Londono Franciso Cricko instituto ir Londono universiteto koledžo mokslininkų atradimas parodė, kad pelės gali atskirti kvapo svyravimus iki 40 kartų per sekundę – priešingai nei ilgai buvo manoma, kad žinduoliams reikia vieno ar kelių uostelių, kad gautų prasmingą kvapą. informacija apie kvapą.
Naujajame darbe, kurį iš dalies atliko tie patys tyrėjai, už 2021 m. atradimą, mokslininkai išsiaiškino, kad elektroninė nosis gali aptikti kvapus taip pat greitai, kaip gali pelė, nes gali išspręsti ir iššifruoti kvapų svyravimus iki 60 kartų per sekundę. . Šiuo metu elektroninė nosis gali atskirti 5 skirtingus kvapus, kai jie pateikiami atskirai arba dviejų kvapų mišinyje. Elektroninė nosis gali aptikti papildomus kvapus, jei yra išmokyta tai daryti.
„Mes nustatėme, kad jis gali tiksliai atpažinti kvapus vos per 50 milisekundžių ir iššifruoti modelius tarp kvapų persijungimo iki 40 kartų per sekundę“, – sako Dennleris. Palyginimui, naujausi tyrimai su žmonėmis rodo, kad dviejų kvapų, jungiančių tuos pačius uoslės receptorius, atskyrimo riba yra apie 60 ms.
Dėl nedidelio masto ir nedidelio galios poreikio elektroninė nosis gali būti naudojama robotuose, naudojamuose kvapo šaltiniui nustatyti. „Yra ir kitų greitų technologijų, tačiau dažniausiai jos yra labai didelės, todėl jas maitinti reikės didelės baterijos“, – sako Schmuker. „Mes galime įdėti savo įrenginį ant mažo roboto ir įvertinti jo naudojimą programose, kuriose šiandien naudojate uostantį šunį.”
„Kai tik važiuojate, einate ar skraidote, turite labai greitai pajusti“, – sako Dennleris. „Su savo elektronine nosimi galime fiksuoti informaciją apie kvapus dideliu greičiu. Pagrindinės programos gali būti susijusios su kvapais valdomomis navigacijos užduotimis arba, apskritai, informacijos apie kvapus rinkimu keliaujant.
Tyrėjai tiria galimybę naudoti šiuos mažus elektroninius robotus nelaimių valdymo programose, įskaitant gaisrų ir dujų nuotėkio vietą bei žmonių, palaidotų po žemės drebėjimo, paiešką.
Iš jūsų svetainės straipsnių
Susiję straipsniai visame internete