Nowoczesny sztuczny nos - urządzenie dokonujące chemicznej analizy gazów - przypomina raczej biologiczny zmysł węchu u zwierząt lub ludzi, niż tradycyjne metody analizowania stosowane dotąd w chemii - mówi prof. Kazimierz Brudzewski z Wydziału Chemii Politechniki Warszawskiej http://www.ch.pw.edu.pl .

Tradycyjne metody analizy chemicznej polegają na określaniu zawartości poszczególnych związków w mieszaninach, natomiast sztuczny nos, wyposażony w czujniki reagujące na więcej niż jedną substancję, rejestruje komputerowo całe spektrum \"zapachu\" badanej próbki.

SZTUCZNY NOS FUNKCJONUJE JAK PRAWDZIWY

Człowiek, który zapamiętał zapach fiołków, może później zidentyfikować fiołek nie widząc go, a tylko wąchając. Sztuczny nos działa podobnie. Porównuje on badaną substancję do danych zapisanych w komputerze i dzięki temu ją rozpoznaje.

Przełomem w badaniach nad konstrukcją sztucznego nosa były prace tegorocznych noblistów w dziedzinie medycyny. Opublikowane w połowie lat 90. zmobilizowały chemików do podjęcia prób naśladowania sposobu funkcjonowania zmysłu węchu, którym posługują się zwierzęta.

ŁATWIEJ ANALIZOWAĆ WZROK, SŁUCH I SMAK NIŻ WĘCH

\"Technologia potrafi dobrze naśladować inne zmysły. Jest to dość proste. Zasada działania wzroku opiera się na tym, że istnieją trzy podstawowe barwy: czerwona, niebieska i żółta. W oku są trzy rodzaje receptorów, czułe na poszczególne z nich. W zależności od natężenia poszczególnych barw widzimy różne kolory\" - wyjaśnia prof. Brudzewski.

Równie łatwo jest z dźwiękami. Można je rejestrować, przesyłać na odległość, odtwarzać.

\"Łatwiej niż zapach jest też chemikom analizować smak. Są cztery podstawowe smaki, rozróżniane przez kubki smakowe na języku: słodki, gorzki, kwaśny i słony. Z kombinacji tych smaków powstają bardziej złożone\" - mówi chemik.

W nosie człowieka znajdują się natomiast tysiące receptorów, czułych na różne molekuły. Zapachów podstawowych nie ma. Trudno zatem skonstruować uniwersalne urządzenie, które analizowałoby substancje zapachowe.

MATRYCE SENSORÓW CHEMICZNYCH

Problem ten można rozwiązać łącząc urządzenia pomiarowe – matryce sensorów chemicznych - z oprogramowaniem komputerowym naśladującym mózg, czyli ze sztuczną siecią neuronową.

Sztuczna sieć neuronowa jest w stanie nauczyć się rozpoznawania zapachów, które już wcześniej zostały zbadane przez czujniki połączone z komputerem.

SZTUCZNY NOS KLASYFIKUJE ZAPACHY

Sztuczne nosy nie mierzą stężenia poszczególnych substancji zawartych w mieszaninie. Ich reakcja na \"powąchany\" wcześniej gaz porównywana jest przez komputer z reakcją na próbki, na których nos był uprzednio uczony.

Mówiąc językiem informatyków, elektroniczny nos dokonuje klasyfikacji rozpoznawanego zapachu do jednej z klas, na których była uprzednio trenowana sztuczna sieć neuronowa. W ten sposób można oceniać na przykład jakość benzyny zawierającej biokomponenty albo kontrolować świeżość jedzenia.

\"Sztuczny nos może być stosowany wszędzie tam, gdzie substancje zapachowe są istotne dla procesu produkcji. Dotyczy to zwłaszcza przemysłu kosmetycznego lub produkcji środków czystości\" - wyjaśnia chemik.

Produkuje się już również nosy, które kontrolują jakość powietrza w pomieszczeniach użytkowych (bankach, sklepach, salach konferencyjnych) i w zależności od wyniku decydują czy rozpylić substancje zapachowe, czy jeszcze nie.

\"Obecnie mamy też liczne aplikacje nosa elektronicznego w różnych dziedzinach medycyny - do diagnozowania schorzeń układu pokarmowego, płuc lub zakażeń bakteryjnych\" - dodaje.

PSI NOS WCIĄŻ NIEZASTĄPIONY

Na Politechnice Warszawskiej badania nad sztucznymi nosami prowadzone są od połowy lat 90. Technologia rejestrowania i rozpoznawania zapachów za pomocą tego urządzenia stale się rozwija i może zyskać wiele nowych zastosowań.

\"W tej chwili bomby i narkotyki lepiej wykrywają psy. Nie da się zastąpić psiego nosa elektronicznym. Ale w niektórych sytuacjach cyfrowe zapisywanie zapachu może być bardzo przydatne, na przykład kiedy policje chce zabezpieczyć ślady zapachowe na miejscu przestępstwa\" - mówi prof. Brudzewski.

ELEKTRONICZNE ZAPISY ZAPACHÓW

Obecnie przechowuje się fragmenty materiałów przesiąkniętych zapachem w specjalnie zamkniętych słoikach. Nie wiadomo jednak, jak długo zapach w takim słoiku może przetrwać niezanieczyszczony i wciąż tak samo intensywny. Cyfrowy zapis jest trwały. Zapis, którego dokonałby elektroniczny nos, nie uległby zniekształceniu i nie wietrzałby z upływem czasu.

\"Prowadzone są badania nad tym, czy elektroniczny nos nie mógłby być zastosowany do wykrywania min plastikowych, które w wielu krajach świata są ogromnym problemem. Być może właśnie sztuczny nos może go rozwiązać\" - dodaje chemik.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Jabłońska

9 listopada 2004

reo