Chińczycy mają nosa

W ramach rozwoju technologii elektronicznych nosów poczyniono znaczące postępy w zakresie wykrywania zapachów. Obecnie pozwala ona wykrywać zapachy niemal tak samo skutecznie jak ludzki odpowiednik urządzenia. Wniosek ten płynie z naukowego przeglądu neuromorficznych układów percepcji węchowej (NOPC), który został opublikowany w czasopiśmie Nature Reviews Electrical Engineering.

Dążenie do stworzenia elektronicznych nosów o zdolnościach zbliżonych do ludzkich okazało się niezwykle pracochłonne. Stąd też naukowcy coraz częściej sięgają po obliczenia neuromorficzne, które angażują badaczy w projektowanie oprogramowania i sprzętu naśladującego strukturę i funkcje ludzkiego nosa.

W ramach przeglądu zespół naukowców z Chin przedstawił niektóre z kluczowych aspektów postępu w rozwoju NOPC. Opublikowany przez nich artykuł koncentruje się głównie na czujnikach gazu, ponieważ są one kluczowymi elementami systemu. Muszą one fizycznie wykrywać cząsteczki zapachów i przekształcać je w sygnały elektryczne.

Jedną z głównych wad dzisiejszych systemów jest jednak to, że często nie potrafią wykrywać subtelnych zapachów. Ponadto stale rośnie zapotrzebowanie na szybsze i bardziej wydajne układy przeznaczone do monitorowania zanieczyszczenia powietrza, weryfikacji bezpieczeństwa żywności w czasie rzeczywistym oraz nieinwazyjnej diagnostyki medycznej (np. przy wykrywaniu schorzeń na podstawie zapachu).

Naukowcy pokonują te ograniczenia dzięki układom, które naśladują działanie mózgu, na przykład projektując systemy oparte o memrystory i impulsowe sieci neuronowe. Integrując te dwie inspirowane biologią technologie, budują autonomiczne i energooszczędne elektroniczne nosy, które potrafią wykrywać i rozróżniać zapachy.

Najważniejszym odnotowanym postępem jest sprawienie, aby układy działały jak miniaturowe, wydajne mózgi. Naukowcy osiągnęli to, łącząc czujniki, pamięć i moc obliczeniową w jednym chipie. Rozwiązało to problem efektywności energetycznej. Ta inspirowana biologią konstrukcja umożliwia systemowi naukę nowego zapachu na podstawie zaledwie jednej próbki, a także rozróżnianie złożonych mieszanin gazów, które dezorientują tradycyjne elektroniczne nosy.

Według badaczy, inspirując się biologicznym węchem i integrując mikro- i nanoelektronikę z technologiami sztucznej inteligencji, najnowsze chipy oferują obiecujące rozwiązania umożliwiające percepcję, naukę i rozpoznawanie sygnatur zapachów w czasie rzeczywistym, pokonując ograniczenia tradycyjnych czujników gazu.

Kluczowe wyzwania, które wciąż stoją przed rozwojem tych układów w formie produktów komercyjnych to przezwyciężenie dryftu czujnika, który powoduje spadek dokładności w czasie oraz zapewnienie stabilności i niezawodności neuromorficznego sprzętu w okresie długoterminowym.

(rr)