Поделиться
Ученые пытаются создать совершенный "электронный нос" уже лет тридцать. Пока успехи довольно скромные. Даже самые лучшие системы, которые улавливают широкую "палитру" газов и запахов, имеют серьезный недостаток: их чувствительные расходники приходится менять раз в несколько месяцев. Самые перспективные типы сенсоров создаются на основе полупроводниковых материалов, например, оксидов олова, индия или вольфрама. Они миниатюрные (менее 1 мм), дешевые в производстве, могут работать без сбоев несколько лет, обладают очень высокой чувствительностью. Сенсоры такого типа серийно производят всего три-четыре страны в мире. Японские - самые распространенные. По оценкам специалистов, разработка ученых МГУ им не уступает, а по ряду параметров даже превосходит. "Наши сенсоры могут почувствовать меньше одной молекулы вещества на миллион молекул воздуха, регистрировать практически любые соединения, анализировать сложнейшие смеси из сотни разных газов и при этом длительное время работать без вмешательства человека. Время срабатывания - секунды", - говорит научный сотрудник лаборатории химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов химфака МГУ Валерий Кривецкий.
Как такие сенсоры устроены? С одной стороны, принцип проще некуда. Наночастицы полупроводника сталкиваются с каким-либо газом и вступают с ним в реакцию, меняя свое электрическое сопротивление. Это фиксируется компьютером. С другой стороны, не так-то просто добиться, чтобы сенсор реагировал на конкретный газ, а не на все подряд. Ученые провели сотни экспериментов, протестировали практически всю таблицу Менделеева и составили базу искусственных рецепторов, чувствительных к разным группам газов.
А потом пошли дальше - дали прибору не только "нюх", но и электронные "мозги". На практике это выглядит так. К примеру, рядом с сенсором кладут свежую говядину. По мере того как говядина портится и выделяет новые запахи, "картина" проводимости меняется. Эти изменения запоминает компьютер. И в следующий раз, когда к сенсору поднесут мясо, "умный" прибор сможет сравнить его запах с "картиной" из базы данных, а потом выдать ответ: это свежий кусок или нет. Так, давая сенсору "обнюхать" несколько образцов, можно научить его автоматически определять степень свежести любого продукта.
- Предварительные эксперименты показали, что наша система искусственного обоняния более чем в 99 процентах случаев верно определяет степень свежести мяса, - говорит Валерий Кривецкий. - На обучение сенсора понадобится примерно месяц, а потом он будет работать годами.
Это лишь один из многих примеров практической пользы таких устройств. А если несколько сенсоров, "натасканных" на разные группы газов, объединить в одну цепочку, можно получить практически универсальный "электронный нос". Область применения очень широкая. Это не только пищевая промышленность, но и контроль загрязнения воздуха на производстве, на улицах и в домах. Плюс медицина. Сейчас существуют приборы, позволяющие диагностировать гастрит по выдыхаемому человеком воздуху. Более продвинутые системы "электронного носа" смогут определять гораздо больший "набор" заболеваний на ранних стадиях, например, астму и сахарный диабет. Еще одна перспективная область - военная.
- Пока спецслужбы используют служебных собак. Их обоняние содержит около 300 миллионов рецепторов. И еще не создан прибор, способный соперничать с носом собаки ни по чувствительности, ни по способности выделять конкретный запах среди других. Но мы к этому стремимся, - говорит Валерий Кривецкий. - Системы искусственного обоняния уже сегодня становятся очень "умными", например, их можно "натаскать" на поиск взрывчатки и наркотиков.
Недавно команда ученых-химиков (резидентов Научного парка МГУ) стала участником конкурса технологий двойного назначения стартап-акселератора GenerationS. По словам разработчиков, "электронный нос" можно сделать очень миниатюрным, размером с мобильный телефон. При этом он не будет уставать, как собака, его не придется кормить, содержать.