Izraelski inženjeri iz Centra za istraživanje nanomaterijala Sveučilišta u Tel Avivu i Kemijskog fakulteta stvorili su "elektronički nos". Novi proizvod izraelskih znanstvenika 2-3 reda veličine je osjetljiviji na različite eksplozive od nosa čovjekovih četveronožnih prijatelja - pasa. Prema objavljenom izvješću, “nos”, izumljen u Tel Avivu, je čip koji sadrži nekoliko stotina ultraosjetljivih senzora. Upravo su ti senzori odgovorni za otkrivanje eksplozivnih molekula u zraku.
Prijavljeno je da čip izraelskog noviteta sadrži nanotranzistore koji mogu promijeniti električnu vodljivost kada samo jedna eksplozivna molekula dođe u kontakt s njima. Na temelju najmanjih promjena u električnoj vodljivosti instaliranih nanotranzistora, matematički algoritam koji su razvili znanstvenici analizira tvar u interakciji s nanotranzistorima. Prema izraelskim znanstvenicima, uređaj koji su predstavili, ako se masovno proizvodi, koštat će manje od trenutno postojećih sustava za otkrivanje eksploziva.
Istodobno, točne informacije o osjetljivosti stvorenog čipa nisu dane, ali se kaže da je u stanju raditi pri koncentraciji od čak nekoliko molekula eksploziva po kvadrilijunu molekula koje pripadaju drugim plinovima. U ovom slučaju potraga za eksplozivom se provodi u realnom vremenu. Prema izraelskim inženjerima, elektronički čip može uspješno razlikovati eksploziv od drugih tvari koje mogu proizvesti pozitivan rezultat.
Osim toga, senzori instalirani na čipu mogu otkriti improvizirane eksplozivne naprave, koje mogu koristiti nekonvencionalne eksplozive. "Elektronički nos" navodno može detektirati heksametilen triperoksid diamin ili aceton peroksid, tvari koje su česte u improviziranim eksplozivnim napravama. Istovremeno, izraelski čip, za razliku od mnogih drugih sustava za detekciju eksploziva, može vrlo precizno odrediti vrstu eksploziva. Navodi se da uređaj iz Tel Aviva može raditi i s tekućinama.
Slična istraživanja danas se provode ne samo u Izraelu, već iu SAD-u i Rusiji. Tako su u listopadu prošle godine američki inženjeri sa Sveučilišta Vanderbilt u Tennesseeju dali izjavu o stvaranju nova tehnologija, usmjeren na traženje eksploziva velike i male snage. Metoda koju su razvili američki znanstvenici koristi fazni akustični emiter, koji omogućuje usmjeravanje ultrazvučne zrake na objekt koji se testira.
Istovremeno se laserska zraka usmjerava na predmet koji se testira, što omogućuje precizno mjerenje frekvencije vibracija njegove ljuske pod utjecajem ultrazvuka na objekt. Na temelju učestalosti i jačine vibracija koje se javljaju moguće je s prilično visokim stupnjem vjerojatnosti identificirati eksplozive. Međutim, zasad ova metoda funkcionira samo u slučajevima s eksplozivom koji se nalazi u plastičnoj posudi. Istodobno, programeri kažu da će u budućnosti mogućnosti uređaja biti proširene tako da uključuju školjku tkiva.
"Elektronički nos" u Rusiji
U Rusiji se također radi na stvaranju "elektroničkog nosa". Još u ožujku 2013. Rossiyskaya Gazeta je napisala da je u našoj zemlji u jednom od poduzeća proizveden "elektronički nos". Ujedno je ovaj uređaj dobio i najozbiljnije zadatke - hvatati molekule i atome tvari u zraku kako bi se potom utvrdila prisutnost opasnih komponenti i raznih eksploziva.
Ovaj izuzetno delikatan rad zahtijeva korištenje prilično nestandardne baze elemenata. Ovu su bazu podataka posebno za Rusiju izradili bjeloruski kolege koji predstavljaju Državnu znanstvenu i proizvodnu udrugu "Planar". Ovo je danas jedino poduzeće na postsovjetskom prostoru koje provodi složeni proces razvoja i proizvodnje opreme potrebne za proizvodnju mikroelektroničkih proizvoda. Istodobno, ovo se poduzeće udružilo s ruskim kolegama u okviru znanstveno-tehničkog programa „Inženjering mikrosustava“ koji se provodi u saveznoj državi.
Prema generalnom direktoru Planara Gennadyju Kovalchuku, jedan od glavnih ciljeva ovog znanstvenog i tehničkog programa je stvaranje raznih senzora i senzora koji se mogu koristiti u različitim područjima našeg života. Na primjer, mogu nas koristiti da nas upozore na sve kritične promjene na naftovodima i plinovodima, građevinskim strukturama, velikim mehanizmima i strojevima. Takvo bi znanje spriječilo mnoge katastrofe.
Ako se vratimo na “elektronički nos”, onda je njegova glavna svrha rad sa zabranjenim kemikalijama. Zabranjene kemikalije su eksplozivi, lijekovi i razne otrovne tvari. U isto vrijeme, broj elemenata uključenih u ovu neizgovorenu tablicu raste i razvija se svake godine. Sastav korištenih komponenti se mijenja, a pojavljuju se i nove metode proizvodnje. Stoga je prepoznavanje takvih tvari tradicionalnim sredstvima svake godine sve teže.
Danas se ogromna proračunska sredstva troše na modernizaciju sustava kontrole u zračnim lukama, carinskim i graničnim službama te strateškim objektima te se kupuje velika količina nove opreme. Iako bi u idealnom slučaju bio potreban samo jedan, univerzalni uređaj koji bi mogao prepoznati široku lepezu tvari, brzo učiti i usavršavati se, bio bi jednostavan i kompaktan. Čini se da ruski inženjeri mogu industriji ponuditi upravo takav uređaj.
Riječ je o o uređaju zvanom "elektronički nos" koji radi na temelju spektrometrije mobilnosti iona. Prema Nikolaju Samotaevu, izvanrednom profesoru Odsjeka za mikro- i nanoelektroniku Nacionalnog sveučilišta za nuklearna istraživanja, ovo je prilično kompaktan prijenosni uređaj koji može otkriti tisuće postojeće vrste eksploziva.
Postavlja se pitanje: zašto je potrebno izmisliti tako složene uređaje ako osoba ima besplatni analog koji je stvorila sama priroda? Govorimo o psima, koji su, zapravo, isti analizator plina zbog vrlo razvijenog njuha. Nos psa sadrži oko 200 milijuna mirisnih stanica, što ovoj životinji omogućuje da u zraku pronađe i samo nekoliko molekula željenog elementa. No, čak ni takav jedinstveni prirodni kompleks nije idealan lovački pas.
Nikolaj Samoteev napominje da mu se prilikom treniranja životinje daje eksploziv na miris, nagrađujući psa nečim ukusnim. Ako se pas sjeti da ga za pronalazak eksploziva čeka ukusan dar, cijeli život će ga tražiti. Teško se životinji oporaviti od ove misije čisto psihološki. Moderni uređaji potpuno su druga stvar. Uređaj “elektronički nos” dizajniran je na način da jednom prinošenjem ove ili one tvari uređaju i pritiskom na tipku “zapamti” zajamčeno ostavljate u njegovoj memoriji sve potrebne informacije koje će biti pohranjene u uređaja tijekom cijelog njegovog rada.
Sam princip po kojem će raditi mali uređaj s tankim plastičnim ritom predstavljen je još 60-ih godina prošlog stoljeća. Ta se tehnologija uglavnom koristila u vojsci u jedinicama biološke i kemijske obrane. Danas, zahvaljujući vrlo brzom razvoju mikroelektronike, takav uređaj više ne zauzima trećinu kamiona. Moderni uređaji ne samo da teže više od 3 kilograma, već su postali nevjerojatno osjetljivi. Sadašnji instrumenti mogu lako pokazati prisutnost u zraku nitroglicerina, RDX-a, nitrotoluena, C4 eksploziva i jednog od najčešćih eksploziva u Rusiji - heksogena.
Štoviše, uređaji mogu otkriti ne samo eksplozive, već i droge čak iu najmikroskopskim dozama. Ako je potrebno, uređaji mogu prepoznati i ljude, jer čovjek ima i svoj miris, a to nije miris njegovog parfema, već miris mliječne kiseline. Psi koje Ministarstvo za hitne situacije koristi u operacijama potrage i spašavanja treniraju da nanjuše upravo taj miris. Ako je osoba zatrpana ispod ruševina u tijesnom, zatvorenom prostoru, njen se miris postupno nakuplja u tom prostoru. Ovaj će miris sigurno prodrijeti kroz ruševine. Ovo je još jedno polje djelovanja za "elektronički nos". Ako uzorak uzet iz pukotine u ruševinama sadrži mliječnu kiselinu, trebali biste potražiti osobu ispod ruševina.
Štoviše, u našoj zemlji uređaj uopće nije stvoren za operacije pretraživanja. Ovo je svojevrsna nuspojava njegovog stvaranja. Početna zadaća uređaja je zaštita strateških objekata tvrtke Rosatom. Upravo je iz tog razloga Nacionalno sveučilište za nuklearna istraživanja radilo na uređaju.
Izvori informacija:
http://lenta.ru/news/2014/07/25/nos
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1164303
http://www.rg.ru/2013/03/14/kibernos.html
Svaka mlada obitelj s bebom trebala bi u svom kućnom ormariću s lijekovima imati nazalni aspirator za isisavanje šmrclja. Uređaj će pomoći u čišćenju nosa novorođenčeta ili dojenčeta, što je neophodno za normalizaciju nosnog disanja djeteta.
Nosni aspirator za novorođenčad i dojenčad: dobrobiti uređaja za čišćenje nosa od štetnih nakupina
Aspirator za nos je jednostavan uređaj namijenjen za čišćenje nosa djeteta od nakupljene prašine, sluzi i kora. Proces stvaranja određene količine sekreta potpuno je prirodan za ljudsko tijelo. Tekućina vlaži nosnu šupljinu i djeluje kao prva barijera virusima i bakterijama uzročnicima raznih bolesti. Obilan sekret i prašina otežavaju bebi disanje. Suhi zrak u zatvorenom prostoru također negativno utječe na stanje sluznice - nastale kore uzrokuju rinitis.
Problemi s nosnim disanjem ometaju spavanje i normalno hranjenje. Osim toga, to može izazvati poremećaj izmjene plinova i uzrokovati hipoksiju (nedovoljnu opskrbu kisikom), što negativno utječe na funkcioniranje cijelog tijela.
Nakupljanje sluzi i nemogućnost samostalnog čišćenja nosnih prolaza dovode do toga da sekret ulazi kroz unutarnju slušnu cijev u šupljinu srednjeg uha, a dijete razvija otitis media.
Pojava rinitisa zahtijeva liječničku intervenciju i recept lijekovi, a to je krajnje nepoželjno za djecu ove dobi, jer je gotovo nemoguće odabrati sigurna sredstva.
Svakog dana trebali biste čistiti bebin nos, a budući da beba to još ne može sama, aspirator će postati nezamjenjiv pomoćnik mladim roditeljima.
Na tržištu postoji nekoliko vrsta uređaja za usisavanje sluzi, iako je princip njihovog rada gotovo isti. Prije kupnje "usisne mlaznice", bolje je konzultirati se sa svojim pedijatrom ili patronažnom sestrom. Oni će vam reći koji je uređaj pravi za vašu bebu.
Vrste uređaja za usisavanje krmelja: kruška, elektronička, mehanička i druga
- Šprica je najjednostavnija i najjeftinija opcija. To je obična gumena žarulja sa silikonskim vrhom. Čišćenje izljeva nastaje zbog razlike tlaka koja nastaje tijekom kompresije. Nakon upotrebe vršak se mora prokuhati.
- Mehanički - imaju oblik izdužene cijevi sa spremnikom za usisnu sluz. Dječji model Otrivin posebno je popularan među roditeljima. Fiziološka otopina s kapima pomaže očistiti nos od nakupljene sluzi i djeluje preventivno. Aspirator za nos je opremljen zamjenjivim vrhovima koji se nakon upotrebe bacaju. Neki proizvođači proizvode aspiratore za višekratnu upotrebu ili modele sa zamjenjivim vrhovima.
- Elektronski ne samo da će ukloniti sluz, već i isprati bebine nosne prolaze. Sve što trebate učiniti je umetnuti vrh u izljev i pritisnuti gumb.
- Vakuum je prilično moćna i brza metoda uklanjanja sluzi iz nosnih prolaza. Uređaj se pojavio na tržištu ne tako davno. Posebna značajka uređaja je da ga je potrebno spojiti na obični usisivač preko posebnog nastavka. Nakon uporabe, uklonjivi vrhovi se dezinficiraju.
Vrste nazalnih aspiratora za ispumpavanje sluzi iz nazofarinksa - galerija
Štrcaljka je gumena kruška s mekanim vrhom Elektronski aspirator na baterije i može biti glazbeni što djeca jako vole Mehanički aspirator u obliku duguljaste cijevi sa spremnikom sluzi Vakuumski aspirator momentalno usisava sluz; možete prilagoditi snagu i brzinu usisavanja
Prednosti i mane uređaja za usisavanje šmrka kod beba
Svaka od ovih vrsta aspiratora ima svoje prednosti i nedostatke:
- štrcaljka učinkovito uklanja sluz, prodaje se u svakoj ljekarni i nije skupa. No, na vrhu nema limitera, mora se umetnuti na oko, pa postoji mogućnost oštećenja sluznice nosa. Osim toga, kruška je neprozirna, što ne dopušta procjenu uspješnosti postupka;
- mehanički aspiratori su prozirni, tako da možete lako odrediti kako se odvija proces usisavanja sluzi. Jednostavni su za korištenje: vrh se umetne u nosni prolaz, a odrasla osoba uzima drugi kraj u usta i uvlači zrak. Sluz ostaje u posebnom spremniku koji se nakon upotrebe baca. Vrhovi su prilično mekani, tako da je rizik od oštećenja sluznice minimalan;
- elektronički uređaji smatraju se najsigurnijim i najučinkovitijim. Vrh ima čep koji će spriječiti da se uvuče predaleko u izljev. Prozirni spremnik pokazuje količinu sluzi i njenu boju. Osim toga, možete ga koristiti za ispiranje izljeva otopinama, a njegova kompaktnost omogućuje vam da ga ponesete na putovanje. Jedini negativ je prilično visoka cijena uređaja i njegova krhkost;
- Prednost vakuumskog aspiratora je što možete očistiti bebine nosne prolaze u nekoliko sekundi. Unatoč neobičnosti veze, uređaj se smatra apsolutno sigurnim.
Većina roditelja radije koristi cijeli složeni sustav za čišćenje nosa svoje bebe: Otrivin baby kapi i aspirator. Kapljice djeluju omekšavajuće, a aspirator čisti nos od nakupljene sluzi.
Pažnja! Otrivin baby sustav ima rok trajanja od 5 godina.
Je li moguće očistiti nos vatom?
- veličina ovog higijenskog artikla je prevelika za bebine nosne prolaze;
- neiskusna majka može umetnuti štapić vrlo duboko, što će dovesti do oštećenja sluznice;
- Čišćenje nosa na ovaj način uzrokuje nelagodu kod djeteta.
Video: Kako očistiti nos nosnim aspiratorom Otrivin Baby
Korištenje aspiratora za isisavanje sluzi kod kuće: koliko često se proizvod može koristiti
Bez obzira koju vrstu aspiratora kupite, trebali biste se pridržavati općih preporuka za njegovu uporabu:
- Pročitaj uputstva;
- Prije prve uporabe, sve uklonjive dijelove treba sterilizirati;
- Nemojte se zanositi prečestim čišćenjem bebinog nosa jer to može dovesti do isušivanja sluznice i smanjenja njezinih zaštitnih svojstava. Liječnici preporučuju čišćenje nosa svaki dan prije spavanja;
- ako se bojite koristiti aspirator, trebate zamoliti svoju patronažnu sestru da vam pokaže kako pravilno isisati sluz iz djeteta;
- Nakon upotrebe dezinficiraju se svi dijelovi koji su bili u kontaktu sa sluzi.
Korak po korak upute za uklanjanje guste sluzi i suhih kora iz nosa dojenčeta: dubina umetanja aspiratora, uporaba kapi
Što učiniti ako imate problema s korištenjem sisaljke: krv iz nosa, tjeskoba bebe
Pravilna uporaba uređaja obično ne uzrokuje probleme. Ako tijekom korištenja beba krvari ili ima krvi u iscjetku, vjerojatno je nosna sluznica ozlijeđena vrhom uređaja.
Da bi se zaustavilo krvarenje, bebina glava se naginje prema naprijed, a zahvaćena nosnica se lagano pritisne na nosni septum.
Za omekšavanje suhih kora i guste sluzi preporučuje se korištenje slanih otopina. No, treba pripaziti na količinu unesene tekućine, jer postoji mogućnost da dospije u grlo, što će kod djeteta izazvati napadaj kašlja i negativan stav prema postupku.
Ako dijete plače tijekom postupka, ne biste ga trebali mučiti. Možda radite nešto krivo i nanosite mu bol. Ne zaboravite da sve manipulacije treba provoditi nježno, razgovarajući s bebom nježnim glasom.
Da biste spriječili suhe kore u bebinom nosu, koristite ovlaživač zraka. Održavat će vlažnost zraka u prostoriji na potrebnoj razini (30–60%) i zaštititi dijete od neželjenih zdravstvenih problema.
Video: Doktor Komarovsky o odabiru aspiratora za malo dijete
Aspirator za nos pomoći će novopečenim roditeljima da bez problema očiste bebin nos. Uređaj ne samo da će ukloniti nakupljanje sluzi, prašine i osušenih kora, već će također pružiti pravovremenu pomoć u uklanjanju rinitisa i spriječiti razvoj opasnih bolesti.
Orijentalni začini, kora sandalovine i malo voća - ovo je Addict, klasični miris Christian Dior. Evo kako miriše Carvenov Ma Griffe: pokošena trava, svježe lišće i cvjetni pupoljci. Nije lako razlikovati sve te note prvi put i bez nagovještaja - potreban vam je dobro uvježban nos. Ili visoke tehnologije.
Portugalski kemičar Alirio Rodrigues sastavio je opise poznatih parfema bez da je uopće napregao svoj njuh. Računalo povezano sa složenim sustavom senzora kušalo je parfeme za znanstvenika. Tako je Rodriguez testirao svoju metodu automatske analize aroma na djelu. Ispitivanja su uspješno završena prije nekoliko mjeseci, a sada, tvrdi kemičar, njegov izum može uvelike olakšati posao parfimerima.
Rodriguez nije jedini koji je uspio razviti sustav "elektroničke degustacije". Tijekom proteklih nekoliko godina, istraživači su naučili stvoriti uređaje koji blisko oponašaju funkcioniranje ljudskog olfaktornog i okusnog sustava. Više nisu samo znanstvenici uključeni u testiranje, već su i vinari počeli sudjelovati u eksperimentima.
Evo kako kušaju mirise u Rodriguezovu laboratoriju: najprije kemičar pažljivo uvuče toaletnu vodu ili parfem u štrcaljku i ubrizga je u prihvatni otvor uređaja. Za pokus je potrebno vrlo malo tekućine - dovoljna je desetina kapi koja visi na vrhu igle. Uzorak ulazi u posebnu komoru, gdje se brzo zagrijava i stvara paru. Tada na scenu stupaju plinski kromatograf i maseni spektrometar - instrumenti za preciznu kemijsku analizu. Omogućuju vam da saznate što su točno i u kojim omjerima parfimeri dodali u svoj proizvod. A onda – čista matematika.
Baza podataka računala koje upravlja analizom sadrži podatke o mirisima tisuća tvari koje se često koriste u parfumeriji. Portugalski kemičar uzeo je podatke iz kataloga koje su sastavili stručnjaci iz parfemskih kompanija. Poznavajući miris svakog sastojka, možete izračunati kakvu će aromu imati cijela smjesa. Samo trebate uzeti u obzir osobitosti ljudskog osjetila mirisa.
“Čak i vrlo dobar stručnjak može identificirati najviše tri ili četiri najsjajnije komponente u složenom mirisu”, objašnjava Rodriguez. "Oni određuju aromu." Nos sve ostale komponente doživljava kao manje nijanse. To je ono što koristi portugalski kemičar. Rodriguezovo znanje je računalni program stvoren u njegovom laboratoriju. Izračunava koje tvari najviše doprinose mirisu parfema. Ovdje morate uzeti u obzir ne samo omjere sastojaka, već i njihove Kemijska svojstva, kao što je volatilnost. Kao rezultat toga, računalo daje opis arome u obliku kratkih definicija: "citrusi", "biljni", "cvjetni". Te se procjene ne razlikuju puno od mišljenja stručnjaka.
Analiza aroma poznatih parfema je prvi korak. Novom metodom moguće je dobiti karakteristike potpuno novih kombinacija aromatičnih tvari. Da biste to učinili, nije potrebno pripremiti samu smjesu - samo unesite popis komponenti u računalo i naznačite proporcije. “Parfimeri stvaraju nove mirise skupim pokušajima i pogreškama”, kaže Rodriguez. “Uz pomoć virtualnog kušanja možete brzo odabrati najprikladnije recepte, a zatim s njima raditi na starinski način, ručno.” Kemičar priznaje da računalo još nije u stanju u potpunosti zamijeniti čovjeka. Potreba za stalnim pregledavanjem kataloga koje su izradili stručnjaci slaba je točka elektroničkog parfimera.
U laboratoriju izraelskog neurofiziologa Noama Sobela rade na tome da tehničare nauče da potpuno samostalno procjenjuju mirise. Sobel i njegovi kolege testiraju "elektronički nos", uređaj koji simulira funkcioniranje osjeta mirisa. Ovaj uređaj je skup minijaturnih kemijskih senzora koji reagiraju na organske tvari prisutne u zraku. Sada se takvi uređaji koriste za otkrivanje droga i eksploziva. Izraelski znanstvenici tražit će nove arome pomoću elektroničkog nosa. Da bi to učinili, naučili su uređaj da oponaša ljudske ukuse. Grupa od 56 volontera bila je uzor.
Znanstvenici su tražili od posjetitelja laboratorija da pomirišu epruvete koje sadrže 123 različite kemikalije i ocijene svoje osjete na posebnoj ljestvici. Mirisi u eksperimentu bili su vrlo različiti. “Sve sam ih isprobao na sebi”, kaže Rafi Haddad, jedan od autora projekta. - Najljepše su mirisale esencijalna ulja biljke citrusa." Najodvratnija stvar koju je Haddad osjetio bila je čista valerijanska kiselina. Miris jako podsjeća na dvije stvari - "pokvareni sir i prljave čarape".
Nakon što su ljudi dali tvarima svoje ocjene, uzorci su dani uređaju na "njušenje". Haddad i Sobel otkrili su jednostavan obrazac – jedna skupina senzora reagirala je na ljudima neugodne mirise, a sasvim druge na ugodne. Znanstvenici su prihvatili ovo opažanje i napisali novi program za elektronički nos. Sada daje ocjene čak i mirisima s kojima se nikada prije nije susreo. Na primjer, uređaj definitivno neće voljeti pokvareno voće ili aceton, ali jagode hoće.
Znanstvenici su uvjereni da je njihov sustav spreman za praktičnu upotrebu. Korištenje takvih uređaja višestruko će ubrzati razvoj aromatičnih tvari. Kemičari neprestano sintetiziraju nove komponente za parfeme. Parfimeri jednostavno nemaju vremena da ih sve procijene. "Stručnjak bi mogao raditi na aromatskim uzorcima dva do tri sata, a zatim bi mu trebao dugi odmor", kaže Haddad. "Automatski analizatori mogu procijeniti mirise 24 sata dnevno."
Nisu samo parfimeri ti koji mogu imati koristi od korištenja visoke tehnologije. Elektronski kušači mogu olakšati život poznavateljima vina. U to je siguran portugalski kemičar Jose Marques. Za kušanje Madeire prilagodio je analizator kemijskog sastava tekućina. Uređaj detektira organske tvari u vinu koje nastaju tijekom sazrijevanja pića. Sada elektronički kušač može odrediti starost Madeire s točnošću od 1,8 godina. Ovo je tek početak. “Sljedeći izazov je naučiti uređaj da predvidi što će se dogoditi s vinom koje sazrijeva u budućnosti”, kaže Marques. Za sada samo vrlo dobri stručnjaci mogu dati takve prognoze. “Iskusni kušač treba samo jednom kušati mlado vino i reći će vam kakvog će okusa biti za nekoliko desetljeća”, kaže kemičar.
Márquez svoje istraživanje provodi zajedno s udrugom izvoznika Madeire - Madeira Wine Company. Znanstveni pristup kušanju nije zaintrigirao samo Portugalce. “Već smo imali nekoliko kontakata poznatih proizvođača francuski konjak”, kaže Marquez. “Tražili su od nas da pošaljemo svoj rad na recenziju.”
Elektronski jezik, koje Marquez koristi u svom radu, može se lako prilagoditi za širok izbor pića. “Sve što je potrebno je zamijeniti neke od senzora”, objašnjava kemičarka Alisa Rudnitskaya, jedna od tvoraca uređaja. Počela je raditi na uređaju na Državnom sveučilištu St. Petersburg, a zatim se s razvojem preselila u Portugal. "U Rusiji nije bilo načina da se pronađe investitor za projekt", objašnjava ona. “I ovdje se već pripremamo za komercijalizaciju uređaja.”
Elektronički jezici i nosovi mnogo obećavaju, kaže američki kemičar i stručnjak za vino Bruce Zucklein. "U budućnosti će se automatski analizatori koristiti za kontrolu podrijetla vina - na primjer, kako bi se saznalo u kojoj je regiji grožđe od kojeg je proizvedeno i koje je sorte." Sve to sada rade profesionalni kušači, ali oni imaju svoje nedostatke. “Čak su i najbolji stručnjaci subjektivni u svojim procjenama”, objašnjava Zucklein. “Velika prednost elektronike je u tome što je nepristrana.” Zucklein sada radi za državnu vladu Virginije i nadzire proizvodnju vina u cijeloj regiji. Ali on također ima svoj vlastiti znanstveni razvoj. Prije nekoliko godina Zucklein je prilagodio elektronički nos kako bi po mirisu detektirao najbolje vrijeme za branje grožđa. “Ova mi je ideja pala na pamet još kao dijete - tada sam volio lutati vinogradima”, prisjeća se kemičar. “Znate, kad bobice sazriju, njihova se aroma potpuno promijeni!” Vinari već dugo prate Zuckleinova istraživanja - neki su mu čak dopustili da provodi eksperimente izravno u njihovim vinogradima. Jedan od tih proizvođača je američka vinarija Pollak Vineyards. Rezultati eksperimenata poslovnih ljudi su impresivni, ali oni još ne žure usvojiti elektroniku. “Vjerojatno se radi o specifičnostima ove industrije”, kaže znanstvenik. “Nećete naći konzervativnije ljude na svijetu od vinara!”
Struktura elektroničkog nosa
U pravilu se elektronički nos sastoji od tri funkcionalne cjeline:
_ sustavi uzorkovanja;
_ matrice senzora sa zadanim svojstvima;
_ procesorska jedinica za obradu primljenih signala od senzora.
Ispitni uzorak se pumpa zračnom pumpom u odjeljak kivete, gdje je ugrađeno ravnalo ili matrica senzora. Tamo se dio plinske smjese dijeli na zasebne frakcije, koje se tjeraju kroz sustav posebnih receptora i, ovisno o sastavu i količini, mijenjaju ih.karakteristike. U jednoj od opcija elektroničkog nosa, pričvrstite- nanošenje određene molekule na površinu senzora,predstavljajući najfinije iglu - konzola debljine 100 nm i duljine 50 mikrona uzrokuje promjenu rezonantne frekvencije zbog promjene svoje mase. Mjerenje novofrekvencijom vibracije konzole, može se odrediti prisutnost specifičnih skupina molekula.
Očitanja svakog detektora prenose se naprocesorski modul. Poseban program analiziraprimljene podatke i daje rezultate u obliku jedinstvenih“mrlje” _ kromatogrami (to su zapravo grafikoni intenziteta mirisa u središnjem koordinate).
Slika 121. Vizualne slike programa VaporPrint™ za
patogeni, eksplozivi,
lijekovi i zapaljive tekućine
Nakon kušanja, u sustav se dovode pare za ispiranje.plin (primjerice alkohol) za uklanjanje neugodnih tvari s površine senzora i pripremu uređaja za novo testiranje.
mjernog ciklusa.
Poziva se vremensko razdoblje tijekom kojeg elektronički nosni senzori analiziraju ubrizgani uzorak zrakavrijeme odziva . Moderne uzorke karakteriziraju prilično visoke performanse. Vrijeme odziva za neke od njihoni su oko 10 sekundi.
Razdoblje dobave plina za ispiranje ćelije naziva sevrijeme oporavka (latentno razdoblje). Vrijeme oporavka obično se kreće unutar jedne minute.
Treba napomenuti da je problem identifikacije mirisa sas algoritamske točke gledišta prilično je složen (svaki je miris složen kompleks kemikalija Spojiti - niy), dakle, za prepoznavanje uzoraka mirisa, sustav“elektronički nos” koristi elemente umjetne inteligencije. Konkretno, najperspektivnijima se smatraju:nazvane umjetne neuronske mreže (ANN).
Neuronske mreže su računalne simulacije međudjelovanja neurona u ljudskom mozgu i sastoje seiz niza međusobno povezanih jednostavnih obrada
informacija jedinica – neurona. Slojevi neurona koji primaju vanjske informacije zovem te ulazni, izlaz konačnog rezultata -vikendima, međuslojevi- unutarnje- ih, ili skriveni. U ovom slučaju svaki neuron ima nekoliko ulaza i samo jedan izlaz. Glavna prednostneuronske mreže su njihovesposobnost učenja, odnosno mogućnost
ciljana minimizacija pogrešaka izlaznog signala.
Ako se srednjovjekovni kralj bojao postati žrtvom "igre prijestolja", našao si je dvorskog kušača. Možete misliti s kakvim je oprezom onjušio sumnjivo jelo! Sada su elektronički nos i jezici spremni preuzeti ovaj riskantan posao - uređaji koji mogu osjetiti i najslabiji miris otrova, eksploziva ili bolesti.
Europski konzorcij PHOTOSENS predstavio je 2014. godine prototip elektroničkog nosa izrađen nanoimprint litografijom. Učinak površinski poboljšanog Ramanovog raspršenja omogućuje dobivanje preciznih spektralnih "otisaka prstiju" tvari prisutnih u smjesi, koji se talože na posebno pripremljenom grubom sloju zlata.
Valeria Kuzyk
Ljudska percepcija mirisa i okusa još je složenija od vida ili sluha. Razlog tome je velika raznolikost receptorskih stanica: u nosu njihov broj doseže 50 milijuna, u jeziku - 400-500 tisuća, a svaka ima svoj skup osjetljivih receptora. Nakon kontakta s određenim molekulama, neke od njih se aktiviraju, uzbuđujući receptor. Ovaj signal dolazi do "viših" neurona, od kojih je svaki povezan s više stanica receptora odjednom. Percepcija stvara specifičan obrazac, obrazac neuronske aktivacije, koji tumači mozak.
Ideja o oponašanju ovih načela započela je prije nekoliko desetljeća. Sve što je bilo potrebno bilo je stvoriti "elektronički nos" - skup senzora koji bi, u interakciji s plinskom smjesom, reagirali na različite komponente mirisa u svom sastavu. Kada se aktiviraju, senzori mogu stvoriti "uzorak" arome (otisak prsta), koji se može usporediti sa skupom unaprijed pripremljenih standarda. "Elektronički jezik" trebao bi djelovati otprilike na isti način, osim što će uzorak u ovom slučaju biti tekući i tvari neće nužno imati miris.
Peresovi “elektronički nosovi” prepoznaju više od stotinu hlapljivih tvari u prehrambenim proizvodima, određujući njihov stupanj svježine i čistoće. Litavski programeri, koji su koncept predstavili 2014., već su ga izveli na tržište pod imenom FOOD Sniffer.
"Srce" nosa
Tvorci takvih sustava slijede dva bitno različita puta. Prvi postižu visoku specifičnost za svaki senzor u nizu, tako da svaki reagira na vlastitu — i samo svoju — vezu. Potonji, pozivajući se na principe funkcioniranja mozga, koriste manje "diskriminirajuće" senzore koji reagiraju na skupine sličnih molekula. Implikacija je da će, ako svaki senzor reagira malo drugačije, njihov zajednički odgovor formirati jedinstveni otisak prsta. Već se može usporediti sa skupom referentnih spektara i grubo procijeniti sadržaj tvari.
Ali u svakom slučaju, ključni element elektroničkih nosova i jezika su senzori. Njihova je zadaća pretvoriti signal koji nastaje u obliku kemijske reakcije u oblik pogodniji za snimanje i interpretaciju: električni, kemijski, magnetski, temperaturni... Za to se koristi osam glavnih tipova senzora - konduktometrijski, ampero- te voltmetrijski, potenciometrijski, impedometrijski, piezoelektrični i optički (kolorimetrijski i fluorimetrijski) - temeljeni na principima kromatografije i/ili masene spektrometrije. U tijeku je razvoj i implementacija biosenzora na bazi organskih polimera, pa čak i cijelih stanica.
Elementi koji rade na različitim principima često se kombiniraju u jednom uređaju, obogaćujući njegove mogućnosti—i otežavajući tumačenje primljenog signala. Međutim, čak i bez ove komplikacije, analiza podataka dobivenih nizom senzora "elektroničkog nosa" ostaje težak zadatak. Najnoviji trend u ovom području je korištenje umjetnih neuronskih mreža. Posebno su korisni ako je rezultat određene analize nepredvidiv ili nema preciznih standarda za usporedbu podataka. U procesu učenja iz testnih podataka i kušanja nečeg nepoznatog, veze između pojedinih elemenata umjetne neuronske mreže jačat će ili slabiti, a “mozak” uređaja naučit će prepoznati novi miris.
Nos u mlijeku
Nismo uzalud krenuli s pričom o degustaciji. Danas ispitivanje sigurnosti i kvalitete hrane postaje “najvruće” područje za implementaciju ovih uređaja. Doista, jedno je probati komad kraljevske lepinje, drugo je provjeriti je li serija govedine pokvarena, sadrži li vino štetne nečistoće ili ima li u pšenici patogenih bakterija i gljivica. Kemijske i biokemijske, mikrobiološke i imunološke metode koje se koriste u tu svrhu prilično su točne, ali nisu ni jeftine ni brze. Potonje je posebno kritično s obzirom na trenutni porast svježe hrane bez konzervansa.
Zamislimo mljekaru koja proizvodi nepasterizirano - "živo" - mlijeko. Česti uzročnici punomasnog mlijeka su salmonela i listerija, E. coli i shigella, uzročnici bruceloze i kampilobakterioze. Dijagnostička bakterijska kultura zahtijevat će, u najboljem slučaju, dva dana vremena: možda će za to vrijeme malo toga dobrog ostati od neprerađenog mlijeka. Međutim, ne samo mlijeko. Uz pažljiv odabir senzora, ovi elektronički nosovi mogu brzo procijeniti različite proizvode. Štoviše, proizvodnja postaje sve jeftinija, čime se približava njihov ulazak na masovno tržište. Na primjer, tvrtka Peres već nudi kupnju Food Sniffera za manje od 150 dolara, izjavljujući njegovu sposobnost otkrivanja kvarenja ili kontaminacije hrane patogenima. Ali ovo je očito tek početak.
Što veći i složeniji senzorski sustavi postaju, to će se prije elektronički nosovi i jezici početi natjecati čak i s profesionalnim kušačima. U tome ima racionalnog zrnca: ljudska je percepcija subjektivna i hirovita, pa u nekim senzacionalnim pokusima ni najbolji stručnjaci, stavljeni u neugodnu situaciju, nisu mogli razlikovati crno vino od toniranoga bijelog, ili jogurt od jagode od čokolade. Uređaj neće raditi drugačije jer ste se posvađali sa ženom, niste se naspavali, ne podnosite špinat ili je na tanjuru neko jelo koje nije baš atraktivno.
Mučan miris
Njuh je dragocjeno dijagnostičko sredstvo u medicini. Možete se sjetiti puno scena iz povijesnih filmova u kojima liječnik oprezno njuši ranu: je li počela gangrena? Uopće zarazne bolesti a neoplazme su često povezane s metaboličkim promjenama koje se mogu otkriti njuhom. Na primjer, opisano je otkrivanje raka pluća i dojke, hipoglikemije i astme pomoću obučenih pasa, kao i otkrivanje tuberkuloze obučenih štakora („Popular Mechanics” pisao je o ovim metodama u članku o dijagnostici životinja, br. 4 " 2016. - ur.).
Kreatore elektroničkih nosova također su zanimali mirisi bolesti. Sigurno su mnogi čuli da miris acetona iz usta može ukazivati na takve neugodne bolesti kao što su dijabetes ili tireotoksikoza. Osim toga, mogu se zabilježiti spojevi amonijaka, znak zatajenja bubrega. Elektronički nos također može otkriti uzročnike infekcije, vrlo učinkovito iu vrlo ranim fazama. Na primjer, moderna imunološka analiza zahtijeva tri puta više proteina ovojnice virusa influence nego "olfaktivni" biosenzor koji koristi antitijela.
Inspirirani sposobnostima njuškanja pasa njuškača, znanstvenici sa Sveučilišta u Santa Barbari odlučili su imitirati njihove nosove kako bi otkrili eksplozive i droge. Sve prednosti: sigurnost je pod kontrolom, nema potrebe za šetnjom i hranjenjem. Rezultirajući "pas na čipu" je minijaturni spektrometar-detektor, dopunjen nanočesticama koje pojačavaju signal vežući molekule markera (zahvaljujući tome, uređaj je u stanju detektirati tvari u koncentraciji od jedne molekule na milijardu! ). U početku je "dog-on-a-chip" zamišljen kao detektor eksploziva. No, pokazalo se da ga nije teško “prilagoditi” drogama i drugim nedopuštenim supstancama. Prototipovi uređaja već su napravljeni na nekoliko američkih sveučilišta - vrijedno je pažnje da su jedva veći od pametnog telefona, a neki su opremljeni Bluetooth, GPS i WiFi modulima.
Metoda nije zaobišla onkološku dijagnostiku. Najlogičnija primjena elektroničkog nosa bila bi detekcija raka pluća. Dugo je zabilježeno da se kod ovog raka (kao i kod astme, kao i cistične fibroze) opaža zakiseljavanje izdahnutog kondenzata. Najjednostavniji elektronički jezik može se nositi s određivanjem promjena u pH, dajući brz, iako daleko od jednoznačnog rezultata. Međutim, usporedbom uzoraka kondenzata pacijenata i zdravi ljudi(kao i gradeći modele tih uzoraka), znanstvenici su već identificirali spektar od 17 hlapljivih tvari koje služe kao točni markeri razvoja raka pluća i mogu se prepoznati uporabom masene spektrometrije, kromatografije i drugih metoda.
Nos širokog profila
Međutim, istinski diskriminirajući elektronički nos možda pokreće DNK. Kao što mnogi programeri primjećuju, ove molekule nisu osobito selektivne u prepoznavanju, ali zbog malih razlika u strukturi, sposobne su različito reagirati na isti spoj. DNK nudi ogromnu kombinatoričku složenost i mogućnost lake sintetizacije molekule "receptora" iz bilo koje željene sekvence nukleotida. Radni prototip takvog uređaja već je stvoren; koristi ogroman niz DNK molekula povezanih s fluorescentnim oznakama.
Takvi savršeni elektronički nosovi i jezici mogli bi postati osnova za razvoj dostojnih implantata koji bi zamijenili prirodne - ili njima opremiti robote. Uostalom, roboti kuhari već rade u nekim kuhinjama. No da bi u potpunosti zamijenili ljude, nije dovoljno slijediti recepte i znati upravljati tavom, a robotski kuhar morat će naučiti kako jednostavno odrediti kvalitetu sastojaka po mirisu, a spremnost jela po okusu. U budućnosti razvoj tehnologije uključuje modificiranje i poboljšanje senzorskog dijela: njegove osjetljivosti, selektivnosti i stabilnosti. Posebno aktivni u tom procesu su ugljikovi nanomaterijali sa svojim obećavajućim svojstvima - monokristalnom strukturom, precizno definiranim kemijskim sastavom i prostornom strukturom, kao i jedinstvenim karakteristikama nanospojeva povezanih s površinskim efektima. Možda bi upravo grafenski i fulerenski bio- i kemijski senzori trebali postati sljedeći korak u istraživanju i komercijalnoj primjeni elektroničkih nosova i jezika. I, naravno, ni gadgeti nisu otkazani: kineski student već je predložio koncept elektroničkog nosa u kombinaciji s malim pisačem. Skenirate jelo, uređaj traži u bazi podataka sliku povezanu s njegovim mirisom i ispisuje je na razglednicu pomoću aromatične tinte. Pa zašto ne?
