بسیاری از ما برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، مانند شیر یا غذای باقیمانده در یخچال، از حس بویایی خود استفاده میکنیم. هرچند بینی انسان عملکرد نسبتاً دقیقی دارد، اما همیشه قادر به تشخیص تمام خطرات نیست؛ بهطوریکه سالانه میلیونها نفر در ایالات متحده به دلیل مصرف غذاهای فاسد یا نیمپز بیمار میشوند. حالا محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی موفق به توسعه یک «بینی الکترونیکی» جدید شدهاند که گازهای ناشی از فساد مواد غذایی را با دقتی بهمراتب بالاتر از بینی انسان شناسایی میکند.
طبق گزارشهای منتشرشده، این حسگر پیشرفته همچنین قادر است وجود مواد آلرژیزایی را که برای افراد حساس بسیار خطرناک و مرگبار هستند تشخیص دهد. جزئیات این دستاورد علمی در نشریه علمی Advances Science منتشر شده است.
نحوه ساخت بینی الکترونیکی
«کارلا باسیل»، دانشجوی دکتری مهندسی برق و علوم کامپیوتر در برکلی و نویسنده اصلی این پژوهش، معتقد است که یخچالهای هوشمند مجهز به این حسگرها میتوانند به کاربران هشدار دهند که زمان مصرف مرغ یا کلم بروکلی روبهاتمام است. این بینی مصنوعی از آرایهای شامل ۱۶ حسگر گازی کوچک تشکیل شده است که هر کدام به عناصر متفاوتی از ترکیبات گاز حساس هستند.
باسیل با استفاده از یادگیری ماشین، مدلی را برای تشخیص مشخصات بویایی ۷ ماده غذایی شامل توتفرنگی، بلوبری، موز، گردو، فندق، بادام هندی و بادامزمینی آموزش داده است. این مدل همچنین برای تشخیص بوی مرغ خام، شیر و تخممرغ در حالت تازه و پس از ماندن در دمای اتاق به مدت ۲۴ و ۴۸ ساعت آموزش دیده است. آزمایشها نشان داده که این حسگر به قدری حساس است که میتواند بوی ۰.۰۵ گرم گردو را تشخیص دهد.
ایده بینی الکترونیکی از دهه ۱۹۸۰ وجود داشته، اما تجمیع آرایهای از فیلمهای حسگر مختلف روی یک تراشه واحد همواره چالشبرانگیز بود. باسیل با استفاده از نانولولههای کربنی به عنوان ماده رسانا (به جای اکسیدهای فلزی) بر این چالشها غلبه کرده است. ضخامت این نانولولهها تنها چند نانومتر (معادل یکصدم تار موی انسان) است و مساحت سطح بزرگ آنها باعث ایجاد حساسیت بالا در دمای اتاق میشود.
کارکرد در دمای اتاق به باسیل اجازه میدهد تا از مواد حساس به گاز متنوعتری مانند پلیمرها استفاده کند که در دمای بالا تخریب میشوند. او درحالحاضر یک نسخه قابلحمل از این بینی الکترونیکی ساخته که با یک اپلیکیشن در آیفون کار میکند.
