Большинство из нас использовали обоняние, чтобы определить, можно ли еще есть слегка просроченную бутылку молока или коробку еды на вынос недельной давности. Но хотя человеческий нос может быть довольно проницательным, он не всегда улавливает все. Каждый год миллионы людей в США заболевают от пищевых патогенов, которые процветают в недоваренной или испорченной пище.
К счастью для наших желудков, новый «электронный нос», разработанный в Калифорнийском университете в Беркли, способен гораздо точнее, чем человеческий нос, распознавать запахи испорченной пищи. Он также может обнаруживать распространенные пищевые аллергены , такие как грецкие орехи и арахис, которые могут быть смертельно опасны для людей с повышенной чувствительностью. Описание этого устройства приведено в новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances .
«Я думаю, что «умные» холодильники — оснащенные датчиками, которыми можно управлять с помощью телефона — стали бы отличным примером применения этой технологии», — сказала ведущий автор исследования Карла Бассил, аспирантка кафедры электротехники и компьютерных наук в Беркли и член исследовательской группы Джави. «Как было бы здорово, если бы ваш холодильник мог сказать вам: «Эй, ваша брокколи скоро испортится, поэтому вам, вероятно, стоит ее съесть», или «Ваша курица — последний день хранения»?»
Новый искусственный нос состоит из массива из 16 крошечных газовых датчиков, каждый из которых чувствителен к немного отличающейся комбинации газообразных соединений.
«Можно представить это как набор цифровых вкусовых рецепторов, где каждый датчик на этом чипе уникальным образом реагирует на различные молекулы газа, которые ему предъявляются», — сказала Бассил во время выступления на конференции UC Grad Slam, посвященного ее исследованию. «На каждом из этих 16 датчиков нанесена разная чувствительная пленка, и он работает, преобразуя химические реакции между поверхностью датчика и молекулой газа в электрические сигналы».
Используя машинное обучение, Бассил обучила модель распознавать профили реакции сенсоров, связанные с семью различными продуктами питания: клубникой, черникой, бананом, грецким орехом, фундуком, кешью и арахисом. Она также обучила модель распознавать запах сырой курицы, молока и яиц, когда они были свежими, а также когда они хранились при комнатной температуре в течение 24 и 48 часов.
Бассил обнаружила, что нос достаточно чувствителен, чтобы учуять 0,05 грамма изолированного грецкого ореха, что составляет примерно одну сотую часть среднего очищенного грецкого ореха. Однако ей еще предстоит проверить чувствительность устройства в условиях присутствия других газов, например, когда грецкие орехи находятся в салате или торте, или когда испорченные продукты хранятся в холодильнике вместе с другими продуктами.
«Идея заключается в том, что мы можем использовать относительную избирательность газовых датчиков в сочетании со способностями машинного обучения к распознаванию образов, чтобы определить, какой газовый «отпечаток» связан с каждым продуктом питания», — сказал Бассил. «В результате получается сенсорный чип, который намного чувствительнее и объективнее, чем любой человеческий нос».
Хотя концепция электронного носа существует с 1980-х годов, воплощение этой технологии в жизнь оказалось непростой задачей. Датчики отдельных газов, подобные тем, что используются в бытовых детекторах угарного газа, относительно просты в производстве. Но интеграция множества различных сенсорных пленок на одном чипе — гораздо более сложная задача.
Компания Bassil преодолела многие из этих трудностей, используя в качестве проводящего материала углеродные нанотрубки , а не оксиды металлов. Углеродные нанотрубки могут образовывать слои толщиной всего в несколько нанометров, что эквивалентно толщине нескольких атомов или одной сотой человеческого волоса. Большая площадь их поверхности наделяет их многими особыми свойствами, в том числе высокой чувствительностью при комнатной температуре.
Использование структуры устройства, работающей при комнатной температуре, а не при высоких температурах, позволило Бассил выбрать более широкий спектр газочувствительных материалов, включая те, которые могут деградировать при высоких температурах, например, полимеры. Это также позволило ей изготовить сенсорный чип с помощью простого процесса, называемого капельным нанесением, вместо более сложной технологии.
«Настоящая масштабируемость моего электронного носа заключается в том, что мы можем использовать все эти различные типы сенсорных материалов, нанося их все за один этап», — сказал Бассил.
Хотя это и не было включено в новое исследование, Бассил создала портативную версию электронного носа, которой можно управлять с помощью приложения для iPhone. Она планирует протестировать следующее поколение устройства в более широком диапазоне условий, продолжая при этом улучшать его чувствительность и надежность.
источник: https://techxplore.com/news/2026-06-electric-nose-food-bad.html