Elektroniczny nos nie zastąpi póki co ludzkiego, ale może pomóc w wykrywaniu źródeł uciążliwych zapachów i monitorowaniu ich poziomu w naszym otoczeniu. Urządzenie takie powstaje na Politechnice Wrocławskiej.
Projekt SENSODOR kierowany przez dr Justynę Jońcę z Wydziału Inżynierii Środowiska PWr ma na celu stworzenie w ciągu trzech lat innowacyjnego elektronicznego nosa. Liderka przedsięwzięcia zajmowała się podobną tematyką podczas stażu podoktorskiego w Laboratorium Chemii Koordynacyjnej Narodowego Centrum Badań Naukowych w Tuluzie. Pracowała tam nad syntezą i zastosowaniem nanocząstek metali i tlenków metali do konstrukcji nosów elektronicznych przeznaczonych do badania jakości powietrza i zastosowań w katalitycznym usuwaniu czadu ze spalin.
Bardzo trudno jest zmierzyć zapach. Typowe techniki analityczne pozwalają określić chemiczny skład mieszaniny odpowiedzialnej za pojawienie się zapachu, ale nie odpowiedzą nam na pytanie, czy jest on przyjemny, jakie ma stężenie, intensywność. Jak dotąd najlepszym instrumentem do oceny uciążliwości zapachowej jest nasz nos. Techniki pozwalające oszacować uciążliwość zapachową nazywane są olfaktometrią – wyjaśnia dr Justyna Jońca
W dużym skrócie można więc powiedzieć, że technika tzw. olfaktometrii dynamicznej wykorzystuje ludzkie nosy. Zespół minimum czterech osób, tzw. panel ludzkich nosów, po odpowiednim przeszkoleniu i przy użyciu odpowiednich procedur jest w stanie precyzyjnie określić stężenie zapachowe, intensywność i jakość hedoniczną różnego rodzaju mieszanin zapachowych. Elektroniczne nosy mają być uzupełnieniem w prowadzeniu tego typu badań.
Zebranie zespołu i przeprowadzenie oceny jest kosztowne i czasochłonne, a w tym czasie źródło uciążliwości zapachowej może zostać zniwelowane na skutek zmiany charakteru emisji i warunków jej towarzyszących. Rozwiązaniem mogą być właśnie nosy elektroniczne, tworzące sieć monitorującą wokół interesującego nas obiektu, np. zakładu gospodarki odpadami komunalnymi. Pozwoli to na prowadzenie ciągłego monitoringu danego obiektu – tłumaczy dr Jońca.
Jest to o tyle istotne, że o ile zazwyczaj substancje zapachowe nie są niebezpieczne dla ludzkiego życia, o tyle dłuższa ekspozycja na nie może powodować m.in. problemy z koncentracją, podrażnienia oczu i gardła, co przekłada się na obniżenie jakości życia i pracy.
Sieć czujników
Elektroniczne nosy składają się przede wszystkim z matrycy czujników, a sercem każdego z nich jest tzw. warstwa czuła, która może być wykonana z polimerów lub tlenków metali półprzewodnikowych, czyli np. tlenku cynku, tlenku cyny czy tlenku miedzi.
W każdym urządzeniu takich czujników będziemy mieli kilka lub kilkanaście, ale nie będą one selektywne. Oznacza to, że nie będą wykrywały konkretnego związku, ale każdy z wybranych czujników będzie inaczej reagował z analizowaną mieszaniną – wyjaśnia dr Justyna Jońca i dodaje, że całość będzie zamknięta w skrzynce ochronnej z wbudowanym systemem przepływu powietrza.
Na podstawie zebranych z matrycy sygnałów powstanie tzw. odcisk zapachu. Warto bowiem wiedzieć, że podobnie jak odcisk palca u człowieka, każda mieszanina zapachowa ma swój niepowtarzalny wzór. Próbki będą także analizowane przez panel ludzkich nosów. Wyniki z obu pomiarów zostaną wprowadzone do komputera, który dzięki zastosowaniu algorytmów uczenia maszynowego będzie się stopniowo uczył. I to do tego stopnia, że finalnie sam określi stężenie oraz intensywność zapachu nieznanej mu próbki.
Mam nadzieję, że dzięki zastosowaniu nanotechnologii uda mi się uzyskać lepsze parametry, niż w dotychczas stosowanych czujnikach. Dzięki zaprojektowaniu warstwy czułej w nanoskali uzyskać można m.in. wyższą czułość urządzenia. Finalnym etapem projektu, po opracowaniu elektronicznego nosa i stworzeniu sieci monitorującej, będzie zainstalowanie go na dronie. Tego typu autonomiczne urządzenie mogłoby być wykorzystane m.in. do poszukiwania źródeł uciążliwości zapachowych – zapowiada dr Justyna Jońca.
Międzynarodowa współpraca
Projekt potrwa trzy lata, a wysokość grantu to 224 tys. euro. Część badań zostanie przeprowadzona w Laboratorium Chemii Koordynacyjnej Narodowego Centrum Badań Naukowych w Tuluzie. Testy elektronicznego nosa będą prowadzone najprawdopodobniej we współpracy z wybranym Zakładem Gospodarowania Odpadami w województwie dolnośląskim.
Gdy urządzenie będzie gotowe, chciałabym także nawiązać współpracę z odpowiednimi służbami na poziomie wojewódzkim i być może udałoby się wdrożyć stały monitoring w wybranych miejscach na terenie Dolnego Śląska – kończy dr Justyna Jońca.
źródło: PWr