Tekoälyllä toimiva elektroninen nenä

Daegu Gyeongbuk tiede- ja teknologiainstituutin (DGIST) tutkimusryhmä on kehittänyt "seuraavan sukupolven tekoälyyn perustuvan elektronisen nenän". Se pystyy erottamaan tuoksuja ihmisen hajuaistin tavoin ja analysoimaan niitä tekoälyn avulla.

Vaikka perinteisiä elektronisia neniä (e-neniä) on jo otettu käyttöön esimerkiksi elintarviketurvallisuuden ja kaasujen havaitsemiseen teollisuusympäristöissä, niillä on vaikeuksia erottaa hienovaraisia eroja samankaltaisten hajujen välillä tai analysoida monimutkaisia tuoksukoostumuksia.

Esimerkiksi samankaltaisten kukkaisten hajuvesien erottaminen toisistaan tai pilaantumista lähestyvien hedelmien heikon tuoksun havaitseminen on edelleen haastavaa nykyisille järjestelmille.

Tämä aukko on lisännyt kysyntää seuraavan sukupolven e-nenäteknologioille, joilla on suurempi tarkkuus, herkkyys ja mukautuvuus.

Tutkimusryhmä sai inspiraationsa kombinatorisesta koodauksesta, jossa yksi hajumolekyyli aktivoi useita hajureseptoreita luoden ainutlaatuisen hermosignaalikuvion. Tätä periaatetta jäljittelemällä tiimi suunnitteli sensoreita, jotka reagoivat tuoksumolekyyleihin tuottamalla erillisiä sähköisten signaalien yhdistelmiä.

Tekoälyjärjestelmä oppii nämä monimutkaiset signaalikuviot tunnistaakseen ja luokitellakseen tarkasti monenlaisia tuoksuja, mikä johtaa tehokkaaseen keinotekoisen hajuaistin alustaan, joka ylittää olemassa olevat teknologiat.

Uusi elektroninen nenä käyttää laseria ohuen hiilipohjaisen materiaalin (grafeenin) käsittelyyn ja sisältää ceriumoksidinanokatalyytin herkän anturiryhmän luomiseksi.

Tämä yksivaiheinen laservalmistusmenetelmä poistaa monimutkaisten valmistuslaitteiden tarpeen ja mahdollistaa integroitujen anturiryhmien tehokkaan tuotannon.

Suorituskykytesteissä laite tunnisti onnistuneesti yhdeksän hajusteissa ja kosmetiikassa yleisesti käytettyä tuoksua yli 95 prosentin tarkkuudella. Se pystyi myös arvioimaan kunkin tuoksun pitoisuuden, mikä tekee siitä sopivan hienojakoiseen hajuanalyysiin.

”Tutkimuksemme ydininnovaatio on kyky integroida useita tuoksuherkkiä antureita, joilla on erilaisia ominaisuuksia, samanlaisia kuin ihmisen nenällä, yhdeksi yksiköksi yksivaiheisen selektiivisen laservalmistusprosessin avulla”, professori Hyuk-jun Kwon selvittää. ”Laajennamme aktiivisesti kehitys- ja kaupallistamistoimia soveltaaksemme tätä teknologiaa henkilökohtaiseen terveydenhuoltoon, ympäristön saasteiden havaitsemiseen ja hajusteteollisuuteen.”

Aiheesta aiemmin:

Grafeenista käytännöllisiä biosensoreita

E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti

Erittäin herkkä biohybridinen hajuanturi