00

Электронный нос: ученые создали компактный сенсор обоняния

Новый обонятельный сенсор не сможет заменить собачий нос по точности определения запахов, однако сможет вовремя «почувствовать» задымление кабеля электропроводки или распознать по запаху испорченный продукт. (Фото: общий доступ / CC0)

Ученые из технологического института Карлсруэ, Германия, создали новый обонятельный сенсор для применения в индустрии и в повседневной жизни. Сенсор способен улавливать запахи испорченных продуктов питания и вовремя фиксировать запах задымления кабеля электропроводки.

Различные сенсоры в зависимости от области применения могут определять температуру, измерять скорость движения, давление, уровень света и многое другое. Таким образом один механизм может быть оснащен различными функциями с помощью встроенной сенсорики. Одной из функций для измерения, недоступной для современных сенсоров до сегодняшнего дня, являлся запах. Ученые технологического института Карлсруэ взялись за разработку нового сенсора обоняния, так называемого «электронного носа», которым в скором времени можно будет оборудовать различные устройства. Электронное обонятельное устройство под названием «Kamina», от сокращений («Karlsruher Mikronase»- «Карлсруйский микронос») будет доступен для повседневного использования и сможет своевременно определить запахи, угрожающие жизни и здоровью человека, раньше, чем сам человек: запах задымления и запах испортившихся продуктов.

Сенсор обоняния: доступный по цене и применимый в повседневной жизни

Нос человека состоит в среднем из более десяти миллионов клеток, при этом диапазон различных обонятельных рецепторов доходит до четырёхсот. Каждый из рецепторов воспринимает запах и создает специальную модель межклеточного сигнала. Мозг человека, воспринимая сигнал из вне, определяет эти сигналы в различные группы запахов. “В качестве примера мы взяли человеческий нос”, - рассказывает др. Мартин Зоммер, руководитель научного проекта «Smelldect» института техники микроинфраструктур технологического института Карлсруэ. “Созданный нами аналог человеческого носа так же реагирует на сложные газообразные соединения – то есть запахи, и посылает специальный сигнал на сенсор, который распознает этот сигнал как тот или иной запах”. Цель проекта «Smelldect» заключается в создании экономичного, компактного и подходящего для использования в повседневной жизни сенсора, чувствительного к запахам.

Величина «электронного носа» составляет всего несколько сантиметров. В этом небольшом устройстве помещаются все электронные элементы включая технологию распознавания запахов. «Нос» состоим из чипа с наноприемниками, выполненными из диоксида олова, прикрепленных к различного рода распознающим сенсорам. Чипы распознают специфические сигналы в зависимости от изменения величины сопротивления приемников. Этот показатель зависит от молекул, содержащихся в окружающем сенсоры воздухе: при проявлении различных запахов, состав молекул меняется, что и делает запахи различимыми друг от друга. И если паттерн запаха уже был изначально запрограммирован в сенсор, чип распознает этот запах за считанные секунды.

Запах изменчив по натуре

Для того, чтобы привести весь механизм в действие, ученые делают акцент на специальном светодиоде, установленном в корпусе чипа и освещающем наноприемники ультрафиолетовыми лучами. В результате изначально очень высокое электрическое сопротивление диоксида олова падает настолько, что его малейшие изменения, вызванные осажденными на поверхности наноприемника из диоксида олова молекулами запаха, могут быть определены с высокой точностью. “Если детектор воспринял сигнал запаха, то показатели электрического сопротивления продолжают снижаться. Стоит запаху исчезнуть, соотношения электронных параметров снова доходят до исходного значения и «нос» снова готов воспринимать новые запахи”, - объясняет Зоммер.

Чип датчика может запоминать множество различных запахов и поэтому может стать абсолютно универсальным в использовании: например, в домашнем хозяйстве для контроля качества воздуха в помещении или в качестве пожарной сигнализации; для определения степени свежести рыбы или мяса во время закупки продуктов; в контроле качества, например, меда или в качестве носа для робота. “Сложность заключается в том, что диапазон запахов очень изменчив. Например, роза пахнет в солнечную погоду совершенно иначе чем в дождливую.”, - объясняет физик. “Поэтому наша задача на данный момент – это настроить электронный нос таким образом, чтобы он был применим в различных сферах жизни, но при этом был универсальным”.

Доступный и многопрофильный сенсор обоняния

Ученые технологического института Карлсруэ хотят создать суперкомпактный и при этом доступный по цене обонятельный сенсор. “Таким образом «электронный нос» может быть в будущем встроен в любое электронное устройство для того, чтобы, например, вовремя распознать запах задымившейся проводки. Или же мы интегрируем его прям в смартфоны: тогда каждый покупатель в магазине продуктов будет иметь свой собственный «электронный нос».”, - дополняет Зоммер.

На стадии производства научный проект поддерживают компании «JVI-Elektronik» и «Fire Eater». На счету обеих компаний уже имеется созданный ими в 2015 году совместно с технологическим институтом Карлсруэ суперчувствительный противопожарный сенсор на базе «электронного носа» под названием „Smoke Sense“. Он распознает запахи тления и горения и проводит анализ загоревшегося материала.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?