Искусственный нос на ИИ различает запахи для медицины и экологии

Исследователи создали «электронный нос следующего поколения» на базе искусственного интеллекта, способный различать запахи подобно человеческой обонятельной системе. Технология преобразует молекулы запаха в электрические сигналы и обучает модели ИИ на их уникальных паттернах. Она перспективна для применения в персонализированной медицине, косметической промышленности и экологическом мониторинге.

Исследование опубликовано в журнале ACS Nano. Работу возглавил профессор Хёк-джун Квон из Департамента электротехники и компьютерных наук DGIST, первым автором выступил магистрант-докторант Хёнтэ Лим.

Хотя обычные электронные носы (e-noses) уже используются в сфере безопасности пищевых продуктов и детекции газов на производствах, они плохо различают тонкие различия между похожими запахами или анализируют сложные композиции. Например, отличить друг от друга цветочные парфюмы с похожими нотами или уловить слабый запах портящихся фруктов для современных систем остается сложной задачей. Этот пробел стимулировал спрос на технологии e-nose нового поколения с большей точностью, чувствительностью и адаптивностью.

Команда вдохновлялась биологическим механизмом комбинаторного кодирования, при котором одна молекула одоранта активирует множество обонятельных рецепторов, создавая уникальный паттерн нейронных сигналов. Сымитировав этот принцип, ученые создали сенсоры, которые реагируют на молекулы запаха, генерируя различные комбинации электрических сигналов.

Система ИИ обучается на этих сложных паттернах сигналов для точного распознавания и классификации широкого спектра запахов, что привело к созданию высокопроизводительной платформы искусственного обоняния, превосходящей существующие технологии.

Новый электронный нос использует лазер для обработки тонкого углеродного материала (графена) и включает нанокатализатор из оксида церия для создания чувствительного сенсорного массива. Этот одноэтапный метод лазерного производства устраняет необходимость в сложном оборудовании и позволяет эффективно производить интегрированные сенсорные массивы.

В тестах устройство успешно идентифицировало девять ароматов, обычно используемых в парфюмерии и косметике, с точностью более 95%. Оно также могло оценивать концентрацию каждого запаха, что делает его пригодным для детального обонятельного анализа.

Устройство ультратонкое, гибкое и очень прочное, что идеально для носимых устройств или пластырей, крепящихся на кожу или одежду. Его можно согнуть более 30 000 раз вокруг радиуса 2,5 мм без потери производительности.

«Ключевая инновация нашего исследования — возможность интегрировать множество сенсоров, чувствительных к запахам и обладающих различными свойствами, подобно человеческому носу, в единый блок с помощью одноэтапного селективного лазерного производства», — заявил профессор Квон. «Мы активно расширяем усилия по разработке и коммерциализации, чтобы применять эту технологию в персональной медицине, детекции загрязнения окружающей среды и парфюмерной индустрии».

Исследование проведено при участии докторанта Хёнтэ Лима в качестве первого автора и профессора Хёк-джуна Квона в качестве автора-корреспондента.