E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti

Hongkongin tiede- ja teknologiayliopiston (HKUST) johtama tutkimusryhmä on käsitellyt pitkäaikaista haastetta luoda keinotekoisia hajuantureita, joissa on erilaisia korkean suorituskyvyn kaasuantureita.

Heidän äskettäin kehittämiin biomimeettisiin hajusiruihin voidaan integroida jopa 10 000 yksilöllisesti osoitettavissa olevaa kaasuanturia sirua kohden, mikä sitten mahdollistaa samantasoisen hajuaistin kuin ihmisillä ja muilla eläimillä. Teknisesti ne perustuvat laajamittaisiin monoliittisesti integroituihin nanoputkisensoreihin.

Vuosikymmenten ajan tutkijat ympäri maailmaa ovat kehittäneet keinotekoisia hajuaisteja ja elektronisia neniä (e-nenä), joiden tarkoituksena on jäljitellä biologisen hajujärjestelmän monimutkaista mekanismia monimutkaisten hajusteosien erottamiseksi.

Silti niiden kehittämisen suurimpia haasteita ovat vaikeudet pienentää järjestelmää ja lisätä sen tunnistuskykyä määritellä tarkat kaasulajit ja niiden pitoisuudet monimutkaisissa hajuseoksissa.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi HKUSTin professori FAN Zhiyongin johtama tutkimusryhmä käytti materiaalin koostumuksen gradienttia, joka mahdollistaa laajan valikoiman erilaisia antureita yhdelle pienelle nanorakenteiselle sirulle.

Hyödyntämällä tekoälyn voimaa, heidän biomimeettiset hajusirut osoittavat poikkeuksellista herkkyyttä erilaisille kaasuille, jotka erottuvat erinomaisesti sekakaasuista ja 24 erilaisesta hajusta.

Visiollaan laajentaa hajusirujen sovelluksia, tiimi integroi sirut myös robottikoiran näkösensoreihin, mikä loi yhdistetyn hajuun ja visuaalisuuteen perustuvan järjestelmän, joka pystyy tunnistamaan tarkasti sokeat laatikot.

Biomimeettisten hajusirujen kehittäminen ei ainoastaan paranna keinotekoisten haju- ja e-nenäjärjestelmien olemassa olevia laajoja sovelluksia elintarvike-, ympäristö-, lääketieteellisten ja teollisten prosessien ohjauksessa, vaan avaa myös uusia mahdollisuuksia älykkäissä järjestelmissä, kuten kehittyneissä roboteissa ja kannettavissa älylaitteissa sekä turvapartioiden ja pelastusoperaatioiden sovelluksiin.

”Tulevaisuudessa sopivien bioyhteensopivien materiaalien kehittämisen myötä toivomme, että biomimeettinen hajusiru voidaan sijoittaa myös ihmiskehoon, jotta voimme haistaa hajuja, joita ei normaalisti haisteta.

Sellainen myös seurata poikkeavuuksia haihtuvissa orgaanisissa hengityksemme ja ihomme tuottamissa molekyyleissä varoittaakseen meitä mahdollisista sairauksista ja saavuttaa näin biomimeettisen tekniikan lisäpotentiaalia", sanoo professori Fan yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Antureita mikrobien nanolangoista

Elektroninen nenä MOF-materiaaleista

Erittäin herkkä biohybridinen hajuanturi