Выше электронный нос

Ученые химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова разрабатывают высокочувствительную систему искусственного обоняния. Она может уловить одну молекулу вещества на миллион молекул воздуха.

Ученые пытаются создать совершенный «электронный нос» уже лет тридцать. Пока успехи довольно скромные. Даже самые лучшие системы, которые улавливают широкую «палитру» газов и запахов, имеют серьезный недостаток: их чувствительные расходники приходится менять раз в несколько месяцев. Самые перспективные типы сенсоров создаются на основе полупроводниковых материалов, например, оксидов олова, индия или вольфрама. Они миниатюрные (менее 1 мм), дешевые в производстве, могут работать без сбоев несколько лет, обладают очень высокой чувствительностью. Сенсоры такого типа серийно производят всего три-четыре страны в мире. Японские — самые распространенные. По оценкам специалистов, разработка ученых МГУ им не уступает, а по ряду параметров даже превосходит. 

Наши сенсоры могут почувствовать меньше одной молекулы вещества на миллион молекул воздуха, регистрировать практически любые соединения, анализировать сложнейшие смеси из сотни разных газов и при этом длительное время работать без вмешательства человека. Время срабатывания — секунды, — говорит научный сотрудник лаборатории химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов химфака МГУ Валерий Кривецкий.
Системы искусственного обоняния уже сегодня очень умные. Их можно «натаскать» на поиск взрывчатки и наркотиков

Как такие сенсоры устроены? С одной стороны, принцип проще некуда. Наночастицы полупроводника сталкиваются с каким-либо газом и вступают с ним в реакцию, меняя свое электрическое сопротивление. Это фиксируется компьютером. С другой стороны, не так-то просто добиться, чтобы сенсор реагировал на конкретный газ, а не на все подряд. Ученые провели сотни экспериментов, протестировали практически всю таблицу Менделеева и составили базу искусственных рецепторов, чувствительных к разным группам газов.

А потом пошли дальше — дали прибору не только «нюх», но и электронные «мозги». На практике это выглядит так. К примеру, рядом с сенсором кладут свежую говядину. По мере того как говядина портится и выделяет новые запахи, «картина» проводимости меняется. Эти изменения запоминает компьютер. И в следующий раз, когда к сенсору поднесут мясо, «умный» прибор сможет сравнить его запах с «картиной» из базы данных, а потом выдать ответ: это свежий кусок или нет. Так, давая сенсору «обнюхать» несколько образцов, можно научить его автоматически определять степень свежести любого продукта.


Предварительные эксперименты показали, что наша система искусственного обоняния более чем в 99 процентах случаев верно определяет степень свежести мяса, — говорит Валерий Кривецкий. — На обучение сенсора понадобится примерно месяц, а потом он будет работать годами.

Это лишь один из многих примеров практической пользы таких устройств. А если несколько сенсоров, «натасканных» на разные группы газов, объединить в одну цепочку, можно получить практически универсальный «электронный нос». Область применения очень широкая. Это не только пищевая промышленность, но и контроль загрязнения воздуха на производстве, на улицах и в домах. Плюс медицина. Сейчас существуют приборы, позволяющие диагностировать гастрит по выдыхаемому человеком воздуху. Более продвинутые системы «электронного носа» смогут определять гораздо больший «набор» заболеваний на ранних стадиях, например, астму и сахарный диабет. Еще одна перспективная область — военная.

Пока спецслужбы используют служебных собак. Их обоняние содержит около 300 миллионов рецепторов. И еще не создан прибор, способный соперничать с носом собаки ни по чувствительности, ни по способности выделять конкретный запах среди других. Но мы к этому стремимся, — говорит Валерий Кривецкий. — Системы искусственного обоняния уже сегодня становятся очень «умными», например, их можно «натаскать» на поиск взрывчатки и наркотиков.

Недавно команда ученых-химиков (резидентов Научного парка МГУ) вышла в финал конкурса технологий двойного назначения стартап-акселератора GenerationS. По словам разработчиков, «электронный нос» можно сделать очень миниатюрным, размером с мобильный телефон. При этом он не будет уставать, как собака, его не придется кормить, содержать.


Источник: Российская Газета
Комментарии
Авторизуйтесь, чтобы оставлять комментарии.