Un equipo de investigación dirigido por la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha abordado el desafío de larga data de desarrollar sensores olfativos sintéticos con una variedad de conjuntos de sensores de gas de alto rendimiento. Sus chips olfativos biomiméticos (BOC) recientemente desarrollados son capaces de integrar matrices de sensores de nanotubos en sustratos nanoporosos con hasta 10.000 sensores de gas direccionables individualmente por chip, una configuración similar a cómo funciona el olfato en humanos y otros animales.
Durante décadas, investigadores de todo el mundo han estado desarrollando narices electrónicas y olfativas artificiales (narices electrónicas), con el objetivo de estimular los complejos mecanismos de los sistemas olfativos biológicos para percibir eficazmente compuestos odorantes complejos. Sin embargo, los principales desafíos de su desarrollo se basan en las dificultades para miniaturizar el sistema y aumentar sus capacidades de detección para determinar las especies de gases correctas y su concentración en mezclas aromáticas complejas.
Para resolver estos problemas, el equipo de investigación dirigido por el Prof. FAN Zhiyong, profesor titular del Departamento de Ingeniería Electrónica e Informática y del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de HKUST, utilizó un gradiente de estructura de material diseñado a pequeña escala. diferentes tipos de sensores. chip nanoestructurado. Aprovechando el poder de la inteligencia artificial, sus chips olfativos biomiméticos exhiben una sensibilidad extraordinaria a diferentes gases, con una excelente diferenciación para gases mixtos y 24 aromas diferentes. Con la visión de ampliar las aplicaciones de su chip olfativo, el equipo también integró el chip con un sensor de visión en un perro robótico, creando un sistema combinado olfativo y visual que puede identificar con precisión los objetos en la venda de los ojos.
El desarrollo de chips olfativos biomiméticos no solo mejorará las amplias aplicaciones existentes de sistemas olfativos artificiales y de nariz electrónica en el control de procesos alimentarios, medioambientales, médicos e industriales, etc., sino que también abrirá nuevas posibilidades en sistemas inteligentes, como robots avanzados. y dispositivos inteligentes portátiles, para aplicaciones en patrullas de seguridad y operaciones de rescate.
Por ejemplo, en sus aplicaciones de monitoreo y control de calidad en tiempo real, los chips olfativos biomiméticos se pueden utilizar para detectar y analizar olores específicos para garantizar la seguridad de compuestos volátiles asociados con diversas etapas de procesos industriales; Detectar gases inusuales o peligrosos en el monitoreo ambiental; e identificar fugas en tuberías para facilitar reparaciones oportunas.
La tecnología básica presentada en este estudio constituye un avance importante en el campo de la digitalización de olores. Mientras la comunidad científica atestigua el avance triunfal de la digitalización de la información visual, facilitada por tecnologías modernas y maduras de detección de imágenes, el alcance de la información basada en olores aún sigue siendo desconocido debido a la ausencia de sensores de olores avanzados. El trabajo pionero del equipo del profesor Fan ha allanado el camino para el desarrollo de sensores de olores biomiméticos que tienen un gran potencial. Con un mayor desarrollo, estos sensores pueden encontrar un uso generalizado, equivalente a la presencia ubicua de pequeñas cámaras en teléfonos celulares y dispositivos electrónicos portátiles, mejorando y mejorando así la calidad de vida de las personas.
El profesor Fan, un académico de renombre internacional en las disciplinas interdisciplinarias de la ciencia y la ingeniería, desea combinar un enfoque práctico con conceptos audaces en la realización de investigaciones de alta calidad que generen impacto social. Trabajando en sistemas sensoriales biomiméticos durante más de dos décadas, comenzó con sistemas visuales y en 2020 desarrolló con éxito el primer ojo artificial esférico del mundo con retina 3D. Aprovechando este éxito, se aventuró en sistemas multidisciplinarios e integrados para elevar su trabajo. Ambos sistemas se pueden utilizar para realizar robots más inteligentes con aplicaciones ampliadas.
«En el futuro, con el desarrollo de materiales biocompatibles adecuados, esperamos que el chip olfativo biomimético también pueda colocarse en el cuerpo humano para permitirnos oler olores que normalmente no se pueden oler. También «podemos monitorear sustancias orgánicas anormales». moléculas en nuestro aliento y excretadas por nuestra piel, advirtiéndonos de posibles enfermedades, para alcanzar un mayor potencial para la ingeniería biomimética», dijo el profesor Fan.
El trabajo de investigación fue llevado a cabo por la Universidad de Tsinghua, la Universidad de Jilin y la startup Ai-Sensing Co del profesor Fan. Limitado. fue publicado recientemente en una revista internacional de alto rango. Electrónica de la naturalezaEl artículo se titula «Chips olfativos biomiméticos basados en matrices de sensores de nanotubos integrados monolíticamente a gran escala».
Metodología de investigación
Análisis de datos/estadístico
Tema de investigación
no aplica
Titulo del articulo
Conjuntos de sensores de nanotubos integrados monolíticamente a gran escala basados en chips olfativos biomiméticos
Fecha de publicación del artículo.
10-ene-2024
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