מאוכל מקולקל ועד גזים קטלניים: 'האף האלקטרוני' שיכול להציל חיים אינספור

GJØVIK, נורבגיה —תארו לעצמכם מכשיר שיכול לרחרח נזק מכני בתפוחים לפני הופעת חבורות, לזהות מחלות דרך הנשימה של המטופל, לנטר בזמן אמת את טריות המזון על פני כל שרשראות אספקה ​​ולזהות גזים מסוכנים במסגרות תעשייתיות - הכל תוך שימוש בטכנולוגיה דומה לזו שכבר יש בה. הסמארטפון שלך. מדענים מהאוניברסיטה הנורבגית למדע וטכנולוגיה (NTNU) פיתחו בדיוק מכשיר כזה: אף אלקטרוני מהפכני שמשיג באמצעות חיישן בודד את מה שדורש בדרך כלל מאות.

פריצת הדרך הזו, שזכתה לכינוי "אף הנמלה", עשויה לשנות את האופן שבו אנו מפקחים על כל דבר, החל מבטיחות מזון ועד לסכנות סביבתיות, תוך כדי היותה פשוטה משמעותית ופחות יקרה ממערכות קיימות. מה שהופך את הפיתוח הזה למרשים במיוחד הוא שהוא ממנף את טכנולוגיית האנטנה המוכרת - אותו עיקרון בסיסי שעוזר לטלפונים ולמחשבים שלנו לתקשר - כדי ליצור חומר מלאכותישבמובנים מסוימים עולה על יכולות הריח האנושיות והכלביות כאחד.

חוקרים מאמינים שאף הנמלה יכול להתאים או לעלות גם על האדם וגםיכולות, תוך שימוש בטכנולוגיה שכבר קיימת בבתים שלנו. הממצאים שלהם מתפרסמים בכתב העתחיישנים ומפעילים: B. Chemical.

"אנחנו ממש מוקפים בטכנולוגיה שמתקשרת באמצעות טכנולוגיית אנטנה", אומר מיכאל צ'פנה, פרופסור לטלקומוניקציה ב-NTNU, בהצהרה. נוכחותן של אנטנות במכשירים היומיומיים שלנו, מטלפונים ניידים ועד מחשבים וטלוויזיות, יוצרת תשתית קיימת שניתן למנף אותה עבור טכנולוגיית החישה החדשה הזו.

אפים אלקטרוניים מסורתיים, או אפים אלקטרוניים, נוצרו בהשראת איךרֵיחַ. הם צריכים בדרך כלל מערכים של חיישנים שונים, לפעמים מאות מהם, כל אחד מצופה בחומרים שונים כדי לזהות גזים שונים. "לאפים אלקטרוניים אחרים יכולים להיות כמה מאות חיישנים, לרוב כל אחד מצופה בחומרים שונים", מסביר צ'פנה. "זה הופך את שניהם מאוד לצריכת חשמל לתפעול ויקרים לייצור. הם גם כרוכים בצריכת חומרים גבוהה. לעומת זאת, חיישן האנטנה מורכב מאנטנה אחת בלבד עם סוג ציפוי אחד".

האף של הנמלה פועל על ידי שידור אותות רדיו בתדרים שונים וניתוח כיצד הם משתקפים בחזרה. השתקפויות אלו יוצרות תבניות ייחודיות המבוססות על הגזים הקיימים, בדומה לטביעות אצבע כימיות. המכשיר יכול לזהות תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs), גזים שמתאדים בקלות בטמפרטורות נמוכות. תרכובות אלו קיימות בכל הסביבה שלנו - מהריח הנעים של(שצמחים פולטים להגנה ותקשורת) לאדי בנזין.

אחת היכולות הבולטות של המכשיר היא היכולת שלו להבחין בין איזומרים - תרכובות כימיות שיו דאנג, המחבר הראשי של המחקר, מתאר כ"קצת כמו תאומים: מאוד דומים, אך לא זהים". ה-Ant-nose מפגין דיוק יוצא דופן בהבחנה בין התרכובות הדומות מבחינה מולקולרית, תוך השגת רמת דיוק של 96.7% בהבחנה בין שישה VOCs שונים, כולל זוגות איזומרים.

המחקר מציע מספר יישומים פוטנציאליים בתעשיות. האף של הנמלים עשוי לסייע בניטור איכות המזון, בטיחות תעשייתית והגנת הסביבה. היכולת שלו לשמור על תקשורת יציבה תוך כדי חישה הופכת אותו למעניין במיוחד לשילוב ברשתות חיישנים קיימות.

בבדיקות מעבדה, החוקרים הדגימו את התועלת המעשית של האף הנמלה. הם השתמשו בו כדי להעריך נזק לתפוח על ידי ניטור פליטות כימיקלים לאחר הפעלת לחץ דומה למה שפירות עלולים לחוות במהלך המשלוח. המכשיר הבחין בהצלחה בין תפוחים פגומים ולא פגומים, מה שמרמז על יישומים פוטנציאליים בניטור הובלת מזון.

הצוות הרחיב את הבדיקות שלהם כדי להעריך, בחינת דגימות תותים, ענבים וחזיר. המכשיר הוכיח כי הוא מסוגל לזהות את השינויים הכימיים המתרחשים כשהמזון מתיישן, ולהבדיל בהצלחה בין פריטים טריים לאלה המאוחסנים במשך חמישה ימים.

החוקרים מדמיינים יישומים רפואיים עתידיים לטכנולוגיה זו. "תרכובות אורגניות נדיפות מאפשרות לכלבים מאומנים לזהות שינויים מסכני בריאות ברמת הסוכר בדם ומחלות כמו סרטן, כך שהעיקרון זהה במידה רבה", אומר דאנג. שׁוֹנֶה, הדורשים חודשים של הכשרה מיוחדת, ה-Ant-nose עשוי להציע פתרון נגיש יותר עבורו, אם כי יישום זה דורש מחקר ואימות נוספים.