Исследователи из Норвежского университета науки и технологий (NTNU) создали носовую часть антенны в лаборатории кампуса Йёвика.
Хотя обоняние исторически играло важную роль в борьбе с такими болезнями, как чума и туберкулез, человеческий нос, как правило, недостаточно чувствителен, чтобы использовать его в качестве надежного диагностического инструмента.
Однако новый искусственный «нос», созданный по образцу нашего обоняния, теперь может позволить обнаруживать недиагностированные заболевания, опасные газы и продукты, которые начинают портиться.
И все это стало возможным благодаря уже существующим технологиям.
Что общего у мобильного телефона, компьютера и телевизора? Антенны. «Мы буквально окружены технологиями, которые общаются с помощью антенн», — сказал Майкл Чеффена.
Чеффена — профессор телекоммуникаций в Норвежском университете науки и технологий (NTNU) в Йёвике. Он считает, что эту технологию можно использовать не только для общения:
«Придавая антеннам сенсорные функции, существующую инфраструктуру можно использовать в новых областях применения. Это было одной из главных мотиваций для исследования того, можно ли использовать антенны для этих целей», — добавил он.
Чеффена объяснил, что предыдущие попытки создать так называемые «электронные носы» не имели преимущества в виде наличия готовой инфраструктуры. Они также столкнулись с рядом других проблем, которые антенная технология может потенциально решить.
«Другие электронные носы могут иметь несколько сотен датчиков, часто каждый из которых покрыт разными материалами. Это делает их очень энергоемкими в эксплуатации и дорогими в производстве. Они также влекут за собой высокий расход материалов. Напротив, антенный датчик состоит только из одной антенны с одним типом покрытия», — сказал Чеффена.
«Наоборот», — сказал Юй Дан, научный сотрудник кафедры производства и гражданского строительства в NTNU в Йёвике и ведущий автор недавно опубликованной исследовательской статьи о новом «антенном носике» в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
Данг говорит, что их датчик различает различные газы, на которых он был протестирован, с точностью 96,7%. Этот результат не только соответствует показателям лучших электронных носов на сегодняшний день, но в некоторых областях даже превосходит их.
Антенна передает радиосигналы в диапазоне различных частот в окружающую среду. Затем она анализирует, как они отражаются обратно. Поведение сигналов меняется в зависимости от присутствующих газов, и поскольку антенна передает сигналы на нескольких частотах, изменения создают уникальные узоры, которые можно связать с определенными летучими органическими соединениями.
Летучие органические соединения — это газы, которые обычно встречаются в воздухе. Они характеризуются низкой температурой кипения, то есть они склонны испаряться при низких температурах. И хотя их нельзя увидеть или почувствовать, вы определенно почувствуете запах некоторых из них.
Все живые организмы, включая растения, выделяют летучие органические соединения, часто в качестве средства защиты от вредителей или общения друг с другом. Запах свежескошенной травы — хорошо известный пример этого.
Другой пример — пары бензина от вашей газонокосилки. Поскольку многие из используемых нами продуктов и материалов, которыми мы себя окружаем, также выделяют летучие органические соединения, в большинстве сред будет присутствовать большое количество газов в различных сочетаниях. Это делает задачу различения значительных газов от незначительных чрезвычайно сложной.
Данг объяснил, что ситуация становится еще сложнее, когда в смесь добавляются еще и изомеры.
«Изомеры — это химические соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но в которых атомы связаны друг с другом немного по-разному», — сказал он.
По словам исследователей, они немного похожи на близнецов: очень похожи, но не идентичны.
«Эти соединения долгое время были проблемой для этого типа сенсорной технологии. Даже самые сложные электронные носы, состоящие из множества различных датчиков, с ними справляются», — сказал Данг.
Поэтому он очень доволен тем, что их антенный датчик так хорошо работает даже на таких сложных соединениях.
До сих пор сенсорная технология была протестирована на поврежденных ударом фруктах и мясе разного возраста. Исследователи полагают, что, корректируя алгоритмы, которые обнаруживают уникальные «отпечатки пальцев» различных газов, технология также может распознавать запахи болезней.
«Летучие органические соединения позволяют обученным собакам обнаруживать опасные для здоровья изменения уровня сахара в крови и такие заболевания, как рак, так что принцип во многом тот же», — сказал Данг.
Однако, в отличие от собак, антенный датчик не требует месяцев обучения или использования специализированных хендлеров. Базовая технология — это то, что у вас уже есть в гостиной.
