Кто может учуять каждую молекулу?
Запахи пробуждают в человеке различные эмоции и предупреждают его о возможных опасностях. Вероятно, в ближайшем будущем электронный нос также начнет спасать людей.
Цикл Джентльмен супротив машины
Количество 1: Непринужденная беседа: может ли агрегатина гутарить с человеком?
Доля 2: Футбольный матч: робот пасует лучше, чем профи?
Часть 3: Ревизия зрения: у компьютера больше зоркий взгляд?
Часть 4: Безусловный слух: кто различает больше звуковых частот?
Часть 5: Отличный нюх: компьютер чувствует более того отдельные молекулы?
Часть 6: Проверка пальцев: манипулятор робота точнее, чем человеческая рука?
Ароматы летнего утра, цветущие луга, дух нового автомобиля - мир чувств дарит человеку ощущения, которые остаются в его памяти, дарят приятные эмоции, стимулируют или, наоборот, демотивируют его. Для машины они представляют собой только комплект молекул, которые надобно проанализировать, определив их происхождение.
То, что мужчина вкладывает в запахи столь эмоций, даже удивительно. Потому как чувствуем мы не так уж невпроворот - всего 350 типов молекул и 10 000 смешанных запахов. И это лишь в том случае, если концентрация запаха довольно высока. Собака, к примеру, обладает более чем 250 млн обонятельных клеток, с помощью которых она может распознать более миллиона смешанных запахов.
В сравнении с этим ненастоящий нос (e-nose) работает достаточно примитивно, так как большинство устройств такого типа оперирует не более чем 32 сенсорами, которые выполняют образ искусственных обонятельных клеток. Эти сенсоры достаточно точны, но нуждаются в перекалибровке под любой свежий запах. В любом случае, чтобы быть опознанным, аромат должен быть уже занесен в базу данных машины. И все-таки исследователи сходятся во мнении, что уже в обозримом будущем ненатуральный нос станет достаточно распространенным и очень важным предупреждающим инструментом в промышленности и медицине.
Сенсоры: измеряем запах
Покуда ещё нет окончательного и единственно верного способа создания электронного носа - для решения разных задач разрабатываются различные системы. При всем при том искусственный обонятельный орган вечно содержит единственный компонент - сенсор, тот, что захватывает молекулы запаха и переводит их в электрические сигналы. "Самыми распространенными сенсорами являются пьезоэлектрические кристаллы и оксиды металлов", - говорит профессор Тюбингенского университета лекарь Удо Веймар. Пьезоэлектрический кристалл выступает в роли микровесов. Захватываемые молекулы изменяют порядок электрических колебаний кристалла, а следовательно, и знак передаваемый компьютеру. При использовании второго способа молекулы прилипают к тончайшему слою оксидов металла, изменяя его электропроводимость. Данные технологии достаточно здорово отличаются от того, что происходит в обычном носу. В то пора как человеческая обонятельная клетка определенного типа способна опознавать только один тип молекул, один сенсор может засечь и конвертировать в электрический сигнал немедленно немного разных. Чтобы настроить его на тот или другой запах, в частности аромат определенного сорта вина (см. схему), ученые используют различные материалы, такие как оксид цинка или оксид олова. "Чем больше различных оксидов употребляется при анализе, тем точнее будут его результаты", - объясняет профессор Бременского университета прикладных наук эскулап Рольф Клинтворт. Полученные данные разрешается полагать достоверными только в том случае, если при анализе использовалось разом несколько сенсоров одного типа. Такие наборы обыкновенно включают от 4 до 32 сенсоров.
Как бы то ни было, сенсор не может независимо определить, что перед ним - рислинг урожая 1959-го года или выхлопные газы. Сенсор нетрудно идентифицирует типы молекул, но не может вычислить, какой аромат они составляют, - все происходит на химическом уровне. Математическая идентификация производится компьютером. Тот самый ход похож на то, что происходит в человеческом мозге: ароматы привязываются к определенным объектам или воспоминаниям. Машины, как и люди, могут улавливать и постигать запахи только затем специальной тренировки. "Различные сенсоры передают сигналы, но вы не знаете, что как раз они зафиксировали. Потому необходимо в первую очередь задать значения для известных вам запахов. Таков принцип работы электронного носа", - говорит профессор Института анализа дыхательной смеси Австрийской академии наук медик Антон Аманн. Результаты нескольких обонятельных тестов заносятся в базы данных для того, чтобы потом искусственный нос мог сравнивать получаемые образцы с уже существующими. Чем шире база данных, тем быстрее и точнее электронный нос настраивается на определенные ароматы.
Спасатель: электронный нос бьет тревогу
Несомненно, электронные носы все еще мало точны, но они уже применяются в некоторых областях и выполняют жутко важные функции. Такие сенсоры используются в автомобилестроении - они отвечают за переключение режимов циркуляции воздуха. Например, сенсор фиксирует, что машина въехала в тоннель, и забор воздуха извне сменяется внутренней циркуляцией. В будущем устройства на базе этой технологии кроме того будут отслеживать уровень оксида углерода, проходящего посредством каталитический конвертер автомобиля. Этот газ, будучи смертельно опасным для человека, абсолютно незаметен для его обоняния самостоятельно от концентрации. Электронные системы, напротив, способны зафиксировать даже минимальное наличие этого химического соединения в воздухе и сразу сообщат о том, что организация повреждена. Подобные механизмы применяются пожарными службами для предотвращения взрывов газопроводов, вызванных утечками газа, а ещё служащими аэропортов для поиска наркотиков и взрывчатки. Однако в аэропорту у них еще есть серьезные конкуренты: в то время как электронные носы не научатся улавливать больше запахов без дополнительной перекалибровки, собаки будут оставаться лучшими ищейками.
Искусственный нос способен спасать жизни и в медицине, ибо по запаху позволительно даже диагностировать некоторые болезни. "Есть мнение, что запах определенных типов опухолей распространяется вплоть до верхних дыхательных путей", - говорит Веймар. Но до тех пор, пока неизвестно, какие аккурат химические соединения нужно искать, нельзя сформировать специализированное устройство для их распознавания. Исследователи, в числе которых и профессор Аманн, выбирают надеяться на совместное употребление сенсоров и лекарств. "Сначала эскулап измеряет изотопный состав выдыхаемого пациентом воздуха. Далее он дает ему лекарственное средство и еще раз производит измерения. Если изотопный состав изменился, больной страдает бактериальной инфекцией", - объясняет Аманн.
Электронные носы применяются и в пищевой промышленности. В этом месте они помогают распознать испорченные продукты еще до того, как у последних появятся видимые человеческим глазом и ощутимые человеческим носом признаки.
Помимо того, искусственный нос обеспечивает секьюрити космонавтов на МКС. Занятие в том, что для обогрева и охлаждения помещений и аппаратуры на Международной космической станции используются сильно опасные газы - аммоний и фреон 218. В различие от оксида углерода у них есть запах и цвет, но они становятся смертельными для человека в до того малых концентрациях, что обычным обонянием их никак не уловить.
Тут на поддержка приходит электронный нос. Ситуация на МКС подвергается постоянному мониторингу, все данные анализируются и отправляются на Землю. В случае обнаружения неполадок объявляется напряженность и проводятся розыск и устранение утечек. Аммоний и фреон 218 являются наиболее опасными, но не единственными веществами, скопление которых не разрешено пускать в до такой степени изолированном помещении, каким является Международная космическая станция, - всего таких веществ на МКС насчитывается рядом пятидесяти. Кроме выявления утечек вредных веществ искусственные носы на МКС служат в качестве средства предотвращения возгораний на самых ранних стадиях. При нагревании проводки или иной аппаратуры до пожароопасных температур в воздух выбрасываются определенные молекулы, по наличию которых в окружающей среде не возбраняется выявить опасную ситуацию. Именно оттого установку электронного носа на МКС, произошедшую в 2008 году (а первые шаттлы с прототипными образцами на борту начали запускаться еще в 1998-м), разрешено мнить одним из важнейших шагов по обеспечению безопасности космонавтов.
Явление искусственного носа внесло значимый вклад в различные научные исследования, в особенности в области химии. Потому что употребление такого прибора позволяет предуготовлять состав химических соединений без взятия пробных образцов на всех стадиях эксперимента, охватывая промежуточные.
Вывод
Несмотря на то, что методика искусственного носа уже достаточно обширно применяется в науке и промышленности, она все еще находится на начальном этапе своего развития. Ее основная задача - сенсоры воспринимают чересчур навалом различных типов молекул, что не позволяет изготовить обоняние достаточно избирательным. Вывод может содержаться в новых материалах для сенсоров, которые, возможно, будут действовать точнее, чем металлооксидные полупроводники. "Когда такие материалы будут найдены, перед нами откроются крайне широкие перспективы", - утверждает Веймар. "Такие сенсоры смогут вывести медицину на свежеиспеченный уровень персонализации, когда схема лечения будет избираться под определенного пациента", - предсказывает Аманн.
Более того, исследователи работают над созданием миниатюрных устройств, которые могут быть вмонтированы в мобильные телефоны. Таким образом, разбор дыхания сможет быть проведен прямо во миг разговора по телефону. Сможет ли таковой нос определить, подходит ли винцо к тому или иному блюду, пока вопросительный мотив спорный, но то, что он сможет выдать его точный молекулярный состав, не вызывает никаких сомнений.
Опубликовано: 26 декабря 2011
Уитмарш: плавный "нос" "Макларена" не является ошибкой команды
Формула 1 на F1News.Ru Уитмарш: плавный " нос " "Макларена" не является ошибкой команды Чемпионат.com Руководитель "Макларена" Мартин Уитмарш прокомментировал дизайн болида 2012 года и заявил, что плавный " нос " машины не является ошибкой, хотя соперники предпочли ступенчатый дизайн передней части. "Я поинтересовался у наших инженеров, всё ли они сделали правильно, и они заверили меня, ... Уитмарш уверен, что конструкторы McLaren не ошиблисьКак защитить свой нос - в мороз?
Власенко не понимает, как нос Пшонки попал в конверт с диагнозом Тимошенко
svit24 Власенко не понимает, как нос Пшонки попал в конверт с диагнозом Тимошенко УНИАН Защитник экс-премьер-министра Юлии ТИМОШЕНКО Сергей ВЛАСЕНКО заявляет, что власть начала кампанию по дискредитации иностранных врачей, которые в составе международной медицинской комиссии обследовали состояние здоровья его подзащитной, сообщает официальный сайт Ю.ТИМОШЕНКО. Тимошенко & Путин: визуализация неминуемого фиаско Вся Правда дня: 15 февраля