علمی، پژوهشی و فناوری

تشخیص بیماری و گازهای خطرناک با بینی آنتنی مصنوعی

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : اگرچه بویایی به‌ طور تاریخی نقش مهمی در مبارزه با بیماری‌هایی مانند طاعون و سل ایفا کرده است، اما بینی انسان به‌ طور کلی به اندازه کافی حساس نیست تا به عنوان یک ابزار تشخیصی قابل اعتماد استفاده شود.

شفنا یک استاد مخابرات در دانشگاه علم و فناوری نروژ (NTNU) در گجویک، بر این باور است که این فناوری می‌تواند برای مواردی بیش از ارتباطات مورد استفاده قرار گیرد.

 او در این زمینه گفت: «با دادن عملکردهای حسگر به آنتن‌ها، زیرساخت‌های موجود می‌توانند در زمینه‌های جدیدی از کاربردها استفاده شوند. این یکی از انگیزه‌های اصلی برای بررسی این موضوع بوده است که آیا آنتن‌ها می‌توانند در این راستا مورد استفاده قرار گیرند یا خیر.»

ساده‌ترین راه‌حل اغلب بهترین است

شفنا توضیح داد: «تلاش‌های قبلی برای ایجاد به ‌اصطلاح «بینی‌های الکترونیکی» با زیرساخت‌های موجود دشوار بوده است. آنها همچنین تحت تأثیر چندین چالش دیگر قرار گرفته‌اند که فناوری آنتن می‌تواند آنها را حل کند.»

وی بیان کرد: «سایر بینی‌های الکترونیکی می‌توانند چند صد حسگر داشته باشند که هر کدام اغلب با مواد مختلف پوشیده شده‌اند. این باعث می‌شود که هم مصرف برق بالا و هم هزینه تولید زیادی داشته باشند. همچنین مصرف مواد بالایی خواهند داشت. در مقابل، حسگر آنتن فقط شامل یک آنتن با یک نوع پوشش است.»

آیا این به قیمت دقت و عملکرد تمام نمی‌شود؟ خیر.

بوی بنزین و چمن تازه بریده شده

یو دانگ،‌ نویسنده اصلی این مطالعه گفت: «حسگر آنها می‌تواند بین گازهای مختلف که روی آنها آزمایش شده با دقت ۹۶.۷ درصد تمایز قائل شود. این نتیجه‌ای است که نه تنها با عملکرد بهترین بینی‌های الکترونیکی تاکنون برابری می‌کند، بلکه در برخی زمینه‌ها حتی از آنها نیز پیشی می‌گیرد.»

شیوه کار بینی آنتنی مصنوعی

برای درک چگونگی عملکرد، در ادامه شیوه کار بینی آنتنی مصنوعی آمده است:

آنتن سیگنال‌های رادیویی را در محدوده فرکانس‌های مختلف به اطراف ارسال و سپس تحلیل می‌کند که چگونه این سیگنال‌ها بازتاب می‌شوند.

شیوه رفتار سیگنال‌ها بر اساس گازهای موجود تغییر می‌کند و به دلیل اینکه آنتن سیگنال‌ها را در فرکانس‌های متعدد ارسال می‌کند، این تغییرات الگوهای منحصربه‌فردی ایجاد می‌نمایند که می‌توان آنها را به ترکیبات آلی فرار خاص پیوند داد.

ترکیبات آلی فرار، گازهایی هستند که به طور معمول در هوا یافت می‌شوند. این گازها دارای نقطه جوش پایین هستند، به این معنا که تمایل دارند در دماهای پایین تبخیر شوند و حتی اگر آنها قابل دیدن یا حس شدن نباشند، شما به طور قطع بوی چند مورد از آنها را حس کرده‌اید.

کاربرد ترکیبات آلی فرار

تمام موجودات زنده، از جمله گیاهان، ترکیبات آلی فرار را به عنوان وسیله‌ای برای محافظت از خود در برابر آفات یا ارتباط با یکدیگر منتشر می‌کنند. بوی چمن تازه بریده شده نمونه‌ای شناخته‌شده از این موضوع است.

از آنجایی که بسیاری از محصولاتی که استفاده می‌کنیم و مواد پیرامون ما نیز ترکیبات آلی فرار منتشر می‌کنند، تعداد زیادی گاز در ترکیبات مختلف در اکثر محیط‌ها حضور خواهند داشت. این موضوع باعث می‌شود که تمایز بین گازهای مهم و گازهای غیرمهم بسیار چالش‌برانگیز باشد.

دانگ توضیح داد که وقتی ایزومرها نیز به ترکیب اضافه می‌شوند، این مسئله حتی پیچیده‌تر می‌شود.

دوقلوهای مشکل‌ساز

ایزومرها ترکیبات شیمیایی هستند که دارای فرمول مولکولی یکسانی می‌باشند، اما در آنها اتم‌ها به روش‌های کمی متفاوت به هم متصل می‌شوند. طبق گفته محققان، آنها کمی شبیه به دوقلوها هستند ولی یکسان نیستند.

این ترکیبات مدت‌ها است که برای این نوع فناوری حسگر چالش برانگیز بوده‌اند. حتی پیچیده‌ترین بینی‌های الکترونیکی که شامل چندین حسگر مختلف هستند نیز با آنها مشکل دارند.

قابلیت‌های بالقوه بینی آنتنی مصنوعی برای تشخیص بیماری

تاکنون، فناوری حسگر روی میوه‌ها و گوشت‌های آسیب دیده آزمایش شده است. با تنظیم الگوریتم‌هایی که اثر انگشت‌های منحصربه‌فرد گازهای مختلف را تشخیص می‌دهند، محققان باور دارند که این فناوری ممکن است بتواند بیماری‌ها را نیز تشخیص دهد.

ترکیبات آلی فرار به سگ‌های آموزش دیده این امکان را می‌دهند که تغییرات کشنده در قند خون و بیماری‌هایی مانند سرطان را تشخیص دهند. با وجود این، برخلاف سگ‌ها، حسگر آنتن نیازی به ماه‌ها آموزش یا کاربران متخصص برای استفاده ندارد.