„Elektronicznymi nosami” nazywamy róże urządzenia, które umożliwiają analizę sygnałów o właściwościach mieszaniny w sposób przypominający działanie analizatora węchowego w mózgu.
Zapach jest „rozpoznawany”, jeżeli zbiór sygnałów o rozkładzie aktywności zestawu zróżnicowanych czujników jest wystarczająco podobny do analogicznego zbioru odpowiadającego „wzorcowi”.
Stosowane są różne metody konstruowania wzorców i określania stopnia zgodności obu zbiorów – zależne od rodzaju rozwiązywanego zadania.
Nowoczesne elektroniczne nosy są coraz częściej wykorzystywane do badań jakości artykułów spożywczych, w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym lub badaniach kryminalistycznych i medycznych. Są użyteczne również podczas ciągłych pomiarów stopnia zanieczyszczenia próbek środowiskowych (woda, powietrze) oraz ocen skuteczności oczyszczania ścieków i gazów odlotowych.
Zestawy czujników elektronicznego nosa spełniają rolę nabłonka węchowego. Składają się najczęściej z kilkunastu lub kilkudziesięciu elementów, które w urządzeniach komercyjnych są montowane w łatwo wymienialne moduły (dostosowanie urządzenia do wykonywanego zadania
(format: jpg, rozmiar: 51 kB)Elementy zestawu są czujnikami o ograniczonej selektywności – mogą reagować na działanie wielu związków należących do określonej klasy.
Zakresy aktywności poszczególnych czujników zestawu częściowo się pokrywają (związki należące do tej samej klasy mogą pobudzać kilka elementów zestawu).
Najczęściej stosowane są czujniki konduktometryczne – wykorzystujące zmiany elektrycznego przewodnictwa materiału aktywnego, na przykład tlenków metali (MOS, metal oxide sensors) lub niektórych polimerów. Stosowane są również czujniki piezoelektryczne (kwarcowe mikrowagi) i bioczujniki (biosensory).
Wymienione czujniki nie są specyficzne dla elektronicznego węchu. Są często stosowane w klasycznych analizatorach – jako źródło sygnałów o obecności lub stężeniu określonych związków chemicznych (patrz np. wykłady zamieszczone na dydaktycznej stronie Katedry Elektroniki AGH).
(format: jpg, rozmiar: 121 kB)W tych przypadkach ograniczona selektywność czujnika sprawia, że często niezbędne jest wstępne rozdzielenie składników analizowanych mieszanin (np. w kolumnach chromatograficznych).
Celem stosowania elektronicznego nosa nie jest identyfikacja składników mieszanin i oznaczenie ich stężeń, a wyłącznie identyfikacja mieszaniny. Nie jest w tym wypadku konieczne – a nawet nie jest wskazane – rozdzielanie składników. Ograniczona selektywność czujników oraz zróżnicowanie ich charakterystyk nie są wadami – są pożądane jako źródło większej liczby informacji o właściwościach badanej mieszaniny.
Właściwe wykorzystanie tych pozornie chaotycznych informacji nie jest tak łatwe, jak odczytanie wskazań klasycznego analizatora. Wymaga zastosowania specjalnych technik analizy danych.
W celu interpretacji wyników analizy, wykonanej z użyciem zestawu zróżnicowanych czujników, stosuje się różnego rodzaju techniki statystyczne – od prostego graficznego zestawienia odpowiedzi poszczególnych czujników po wykorzystanie sztucznej inteligencji.
Systemami najbardziej przypominającymi działający w ludzkim mózgu „analizator węchowy” są neurokomputery – sieci elektronicznych modeli neuronu. Podobne funkcje spełniają komputerowe programy symulujące działanie takich sieci (ABC sieci neuronowych).
Do pobrania:
- prezentacja Power Point (format: zip, rozmiar: 10,01 MB), W treści prezentacji przedstawiono zasadę działania e-nosa, uzasadnienie nazwy, rodzaje czujników, sposoby interpretacji sygnałów...Aby pobrać plik kliknij w pole obrazka.
(format: zip, rozmiar: 10,01 MB)
W prezentacji zostały wykorzystane fragmenty wykładu na temat mikrosensorów, stosowanych w elektronicznych nosach, zamieszczonego na dydaktycznej stronie Katedry Elektroniki - Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki AGH. Polecamy zamieszczane tam materiały dydaktyczne do kursu "Mikrosensory półprzewodnikowe"; powyżej po prawej - fragment wykładu MP1-2009.
Polecane źródła informacji:
- P. Turek, J. Chmielewski (Akademia Ekonomiczna w Poznaniu): Nos elektroniczny jako nowoczesne narzędzie w ocenie jakości wyrobów. Zeszyty Naukowe Akademii Ekonomicznej w Krakowie Nr 718, 147- 160, 2006
- J. Kośmider, B. Wyszyński: Artificial olfaction. Review. Chem. Anal. Warsaw 3, 483-500, 2000
- J. Kośmider, B. Mazur-Chrzanowska, B. Wyszyński: ODORY, PWN 2002, rozdz. 6
- Magdalena Pecul: Elektroniczne nosy, Wiedza i Życie nr 7, 1998
Materiały dodatkowe:
Elektroniczny nos funkcjonuje jak prawdziwy - LSI Laboratoria.net
publikacje zespołu Laboratorium Nakamoto, w tym – prace, których współautorem jest Bartosz Wyszyński,
materiały cyklicznych międzynarodowych konferencji ISOEN: “Olfaction and Electronic Nose” (na jedenastym ze spotkań tego cyklu, prezentowaliśmy poster nt. Odour Chromatography. GC Detector Treated as Sensors Field (Kośmider J., Krajewska B.),
H. Sobczuk, Ł. Guz, H. Wasąg: Quartz crystal microbalance device for electronic nose application, Chem. Engin. Trans.15, 2008
artykuły dotyczące zastosowań sztucznego węchu do monitorowania emisji zapachowej (np. z chlewni; G. Brose, E. Gallmann, E. Hartung and T. Jungbluth, 2001) lub do badań skuteczności dezodoryzacji (np. oznaczenia skuteczności biofiltracji gazów z kompostowni lub z zakładów utylizacji odpadów mięsnych; Karsten Boholt i wsp. i Arief Sabdo Yuwono i wsp.)
EDN: Information, News, & Business Strategy for Electronics Design Engineers (http://www.edn.com/), Jim Lipman, December 17, 1998; E-noses nose out traditional odor-detection equipment (plik pdf
http://www.odory-szczecin.ps.pl/uploads/pdf/o%20E-NOS%20z%20www.edn.com.pdfETRI Journal, Volume 27, Number 5, October 2005: Miniaturized Electronic Nose System (pdf)
Joel White i John Kauer (Boston): Joel White and John Kauer, neuroscientists from Tufts University Medical School in Boston, MA have developed an electronic nose. The secret to their sniffer? DNA. Kauer and White say the device could have medical applications or be used for industrial clean-up. The Department of Defense and other government agencies are interested in the electronic nose for security applications-mine detection, for example. Watch the video to find out how the e-nose works (produced by Flora Lichtman. Additional producer: Charles Bergquist. Music from Prelinger Archives..).
Ideas for life.TV - Smelling electronically; Engineers at Warwick University are developing electronic noses that mimic our sense of smell, which can distinguish between two chemicals. The work raises the prospect of being able to diagnose illness by simply breathing in to a electronic nose that could tell what bacteria was contained in a patient's breath.http://www.myszka.org/pub/2006/ELEKTRONICZNY_NOS_2.01.06.mp3
Bartosz Wyszyński o ODTWARZACZU ZAPACHU; Radio Szczecin; Magazyn komputerowy "Trącić myszką"; niedziela 1 stycznia 2006 (z www.myszka.org) ”W pierwszej w tym roku audycji magazynu komputerowego Trącić myszką porozmawiamy o nowych technologiach wprost z kraju kwitnącej wiśni. Naszym gościem będzie pan Bartosz Wyszyński z Tokyo Institute of Technology jeden z członków zespołu zajmującego się pracami nad stworzeniem sztucznego nosa i zagadnieniami węchu elektronicznego. Powiemy też o programie profesora Nakamoto, który od wielu lat zajmuje się tymi problemami…
Na ten sam temat patrz również: eGospodarka.pl, 08.07.2006, Nagrywarka zapachów
Elektroniczny nos w Poznaniu (z archiwum TVP TELESKOP 2004)
Elektroniczny nos w Lublinie (Informacja TVN Fakty z 24 lutego 2009);
… i wiele innych interesujących naukowych pozycji literaturowych, doniesień prasowych i informacji o charakterze komercyjnym; patrz: "elektroniczny nos" e-nos lub "sztuczny węch".
Ciekawostki
- robot-pielęgniarz ze „zmysłem węchu”
