Ηλεκτρονική μύτη: Μπορεί να χρησιμοποιηθούν για πολλούς σκοπούς, όπως ο έλεγχος της ποιότητας των τροφίμων, η παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, η διάγνωση ασθενειών και η ανίχνευση εκρηκτικών.
Φανταστείτε εάν μπορούσατε να ζητήσετε από ένα μηχάνημα να «μυρίσει» κάτι για εσάς με ένα μόνο πάτημα ενός κουμπιού. Γι’ αυτό χρησιμεύουν οι ηλεκτρονικές μύτες ή e-noses. Είναι συστήματα που συνδυάζουν αισθητήρες χημικών αερίων, επεξεργασία σήματος και αλγόριθμους μηχανικής μάθησης για να μιμηθούν την αίσθηση της όσφρησης. Οι ηλεκτρονικές μύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πολλούς σκοπούς, όπως ο έλεγχος της ποιότητας των τροφίμων, η παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, η διάγνωση ασθενειών και η ανίχνευση εκρηκτικών. Πώς λειτουργούν; Ποιες είναι οι προκλήσεις και οι ευκαιρίες σε αυτόν τον τομέα;
Μια ομάδα με επικεφαλής τον Jingdong Chen του Northwestern Polytechnical University στο Xi’an της Κίνας και τον Weiwei Wu του Πανεπιστημίου Xidian στο Xi’an της Κίνας διερεύνησαν πρόσφατα αυτά τα ερωτήματα σε μια ολοκληρωμένη ανασκόπηση των μεθόδων και των αλγορίθμων που αναπτύχθηκαν για e-noses. Η ανασκόπηση συζητά τους περιορισμούς των σημερινών αισθητήρων αερίου και παρέχει μια προοπτική για το σχεδιασμό αλγορίθμων. Η κριτική δημοσιεύτηκε στις 20 Ιανουαρίου στο Intelligent Computing, ένα Science Partner Journal.
Οι ηλεκτρονικές μύτες μιμούνται τεχνητά τη βιολογική αίσθηση της όσφρησης. Οι αισθητήρες αερίων των e-noses αντιστοιχούν σε βιολογικούς οσφρητικούς υποδοχείς νευρώνες. Όταν μυρίζετε κάτι, μικροσκοπικά μόρια επιπλέουν στον αέρα και εισέρχονται στη μύτη σας. Ομοίως, ένας αισθητήρας αερίου μπορεί να συλλάβει μόρια που μεταφέρονται στον αέρα μέσω ενός συστήματος εισαγωγής αέρα. Ο αισθητήρας αντιδρά σε αυτά τα μόρια και αλλάζει με τρόπο που μπορεί να μετρηθεί με ηλεκτρονικά σήματα. Αυτά τα σήματα στη συνέχεια μετατρέπονται από μια αναλογική μορφή σε μια ψηφιακή μορφή, έτσι ώστε οι υπολογιστές να μπορούν να χρησιμοποιούν αλγόριθμους για την ανάλυση και την ερμηνεία των δεδομένων.
Η ανασκόπηση συνοψίζει τις υπάρχουσες μεθόδους και αλγόριθμους στον τομέα των e-noses, ομαδοποιώντας τους σύμφωνα με ένα πλαίσιο ταξινόμησης που υπογραμμίζει τις προκλήσεις που παρουσιάζονται από τους ακόλουθους περιορισμούς των αισθητήρων αερίων:
- Περιορισμοί στην επιλεκτικότητα. Όταν εκτίθενται σε ένα μείγμα οσμών, οι αισθητήρες αερίων ανταποκρίνονται σε όλα τα ερεθίσματα του μείγματος, καθιστώντας δύσκολη τη διάκριση διαφορετικών οσμών. Μπορεί επίσης να επηρεαστούν από οσμές που δεν στοχεύουν και διαφορετικοί αισθητήρες μπορεί να ανταποκρίνονται διαφορετικά στο ίδιο χημικό ερέθισμα.
- Περιορισμοί στην ευαισθησία. Κάθε αισθητήρας αερίου λειτουργεί εντός ενός εύρους που ορίζεται από την ελάχιστη και τη μέγιστη ποσότητα που μπορεί να ανιχνεύσει. Μερικοί είναι πιο ευαίσθητοι από άλλους, αλλά το εύρος ενός συγκεκριμένου αισθητήρα δεν είναι πάντα γνωστό. Οι αισθητήρες διαφέρουν επίσης ως προς την ικανότητά τους να ανιχνεύουν με ακρίβεια τη συγκέντρωση οσμής.
- Περιορισμοί στη σταθερότητα. Οι αισθητήρες αερίων συχνά δεν παράγουν σταθερή και αναπαραγώγιμη απόκριση στα ίδια χημικά ερεθίσματα λόγω γήρανσης του υλικού, περιβαλλοντικών αλλαγών ή αστοχίας του αισθητήρα.
- Περιορισμοί στην αναπαραγωγιμότητα. Δύο αισθητήρες αερίου του ίδιου τύπου μπορεί να έχουν διαφορετικές αποκρίσεις στο ίδιο αέριο υπό τις ίδιες συνθήκες.
- Περιορισμοί στον θόρυβο. Οι αισθητήρες αερίου επηρεάζονται από εξωτερικό και εσωτερικό θόρυβο. Οι πηγές εξωτερικού θορύβου περιλαμβάνουν τη διακύμανση της οσμής του περιβάλλοντος, την αναταραχή της ροής του αέρα και τις αλλαγές στη θερμοκρασία, την υγρασία και την πίεση στο περιβάλλον περιβάλλον. Ο εσωτερικός θόρυβος αποτελείται από θόρυβο που δημιουργείται από τα κυκλώματα μέτρησης και τους ίδιους τους αισθητήρες.
Παρά τη σημαντική πρόοδο που σημειώθηκε τις τελευταίες δεκαετίες, η μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη των e-noses σε πρακτικές εφαρμογές έχει ακόμη πολύ δρόμο να διανύσει. Οι συντάκτες της ανασκόπησης πιστεύουν ότι η διασφάλιση της ευρωστίας των συστημάτων e-nose θα πρέπει να αποτελεί κορυφαία προτεραιότητα για μελλοντική έρευνα και ανάπτυξη. Ενώ ο προσδιορισμός της οσμής και η ποσοτικοποίηση της έντασης έχουν διερευνηθεί ευρέως, υπάρχουν αρκετές κρίσιμες εργασίες που απαιτούν μεγαλύτερη προσοχή.
Αυτά περιλαμβάνουν καταστολή και αναγνώριση παρεμβολών, βελτιστοποίηση συστοιχιών αισθητήρων, ανίχνευση μετατόπισης και αστοχίας αισθητήρα, μείωση και χρήση θορύβου και προσδιορισμό του ορίου ανίχνευσης, μεταξύ άλλων. Επιπλέον, λένε ότι είναι σημαντικό να εμβαθύνουμε στο θεμελιώδες μαθηματικό μοντέλο των μηχανισμών αίσθησης, το οποίο είναι το θεμέλιο για την επίλυση πολλών ζητημάτων που σχετίζονται με τις ηλεκτρονικές μύτες
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο κανάλι μας στο YouTube
