Результаты анализа с помощью электронного языка носа. Электронный нос

Израильские инженеры из Центра исследования наноматериалов Тель-Авивского университета и Школы химии создали «электронный нос». Новинка израильских ученых обладает на 2-3 порядка большей чувствительностью к разнообразным взрывчатым веществам, чем нос четвероногих друзей человека - собак. Согласно опубликованному сообщению, изобретенный в Тель-Авиве «нос» представляет собой чип, содержащий несколько сотен сверхчувствительных сенсоров. Именно эти сенсоры отвечают за обнаружение в воздухе молекул взрывчатых веществ.

Сообщается, что на чипе израильской новинки размещены нанотранзисторы, которые в состоянии изменять электропроводность при контакте с ними всего лишь одной молекулы взрывчатки. На основе самых небольших изменений электрической проводимости установленных нанотранзисторов разработанный учеными математический алгоритм осуществляет анализ взаимодействующего с нанотранзисторами вещества. По оценкам израильских ученых, представленное ими устройство в случае его серийного выпуска будет стоить дешевле, чем существующие на данный момент системы поиска взрывчатых веществ.

При этом точная информация о чувствительности созданного чипа не приводится, но говорится о том, что он в состоянии работать при концентрации даже в несколько молекул взрывчатого вещества на квадриллион молекул, принадлежащих другим газам. При этом поиск взрывчатки осуществляется в режиме реального времени. По заверениям израильских инженеров, электронный чип в состоянии успешно дифференцировать взрывчатые вещества от иных веществ, которые при проведении других тестов могут выдавать положительный результат.

Помимо этого, установленные на чипе сенсоры в состоянии находить и самодельные взрывные устройства, в которых могут быть применены нетрадиционные взрывчатые вещества. Сообщается, что «электронный нос» в состоянии определить гексаметилентрипероксиддиамин или пероксид ацетона, вещества которые довольно часто встречаются в самодельных взрывных устройствах. При этом израильский чип, в отличие от многих других систем по поиску взрывчатых веществ, может определять тип взрывчатки с очень высокой точностью. Сообщается, что устройство из Тель-Авива может работать также и с жидкостями.

Подобные исследования ведутся сегодня не только в Израили, но и в США, и России. Так в октябре прошлого года американские инженеры из Университета Вандербильта в Теннесси сделали заявление о создании ими новой технологии, направленной на поиск взрывчатых веществ как большой, так и малой мощности. В разработанном американскими учеными методе применяется фазированный акустический излучатель, который позволяет направить на проверяемый объект ультразвуковой луч.

Одновременно с этим на проверяемый объект наводится и лазерный луч, который позволяет достаточно точно измерить частоту колебаний его оболочки под влиянием воздействия на объект ультразвука. По частоте и силе возникающих колебаний можно с достаточно большой долей вероятности установить взрывчатку. Правда пока что данный способ работает лишь в случаях с взрывчатыми веществами, которые помещены в пластиковый контейнер. При этом разработчики говорят, что в перспективе возможности устройства удастся расширить и на тканевую оболочку.

«Электронный нос» в России

Работы над созданием «электронного носа» ведутся и в России. Еще в марте 2013 года «Российская газета» писала о том, что в нашей стране на одном из предприятий был изготовлен «электронный нос». При этом перед данным устройством ставились самые серьезные задачи - улавливать в воздухе молекулы и атомы вещества для того, чтобы затем определять наличие опасных компонентов и различных взрывчатых веществ.

Эта в высшей степени тонкая работа требует использования достаточно нестандартной элементной базы. Такая база была разработана специально для России белорусскими коллегами, представляющими ГНПО «Планар». Это единственное на сегодняшний день на постсоветском пространстве предприятие, на котором в комплексе осуществляется процесс разработки и производства оборудования, необходимого для выпуска микроэлектронной продукции. При этом данное предприятие объединилось со своими российскими коллегами в рамках реализуемой в союзном государстве научно-технической программы «Микросистемотехника».

По словам гендиректора «Планара» Геннадия Ковальчука, одной из основных задач данной научно-технической программы является создание разнообразных сенсоров и датчиков, которые могут применяться в самых разных сферах нашей жизни. К примеру, они могут использоваться для предупреждения нас обо всех критических изменениях нефте- и газопроводов, строительных конструкций, крупных механизмов и машин. Такие знания позволили бы предотвратить многие катастрофы.

Если же возвращаться к «электронному носу», то основным его предназначением является работа с запрещенной химией. Запрещенной химией называют взрывчатые вещества, наркотики, различные отравляющие вещества. При этом количество элементов, входящих в данную негласную таблицу, каждый год растет и эволюционирует. Меняется состав используемых компонентов, возникают новые способы производства. Поэтому распознавать такие вещества традиционными средствами становится с каждым годом все труднее и труднее.

Сегодня на модернизацию систем контроля аэропортов, таможенных и пограничных служб, стратегических объектов расходуется огромное количество бюджетных средств, приобретается большое количество нового оборудования. Хотя в идеальном случае понадобился бы всего один, но универсальный прибор, который смог бы распознавать самые разнообразные вещества, оперативно обучаясь и самосовершенствуясь, был бы простым и компактным. Похоже, что российские инженеры могут предложить промышленности именно такой прибор.

Речь идет об устройстве под названием «электронный нос», которое работает на основе спектрометрии ионной подвижности. По словам доцента кафедры микро- и наноэлектроники Национального ядерного исследовательского университета Николая Самотаева, это достаточно компактное переносное устройство, которое в состоянии определять тысячи существующих видов взрывчатки.

Возникает вопрос, для чего нужно изобретать такие сложные приборы, если у человека имеется бесплатный аналог, который был создан самой природой. Речь идет о собаках, которые, по сути, являются тем же самым газоанализатором из-за очень развитого обоняния. В носу собаки содержится около 200 млн. обонятельных клеток, что позволяет данному животному находить в воздухе даже всего несколько молекул нужного элемента. Но даже такой уникальный природный комплекс не является идеальной ищейкой.

Николай Самотеев отмечает, что при обучении животного ему дают понюхать взрывчатое вещество, поощряя собаку чем-то вкусным. Если собака запомнит, что за нахождение взрывчатки ее ждет вкусный подарок, она всю свою жизнь будет заниматься ее поисками. Перестроится с этой миссии животному трудно чисто психологически. Совсем другое дело современные устройства. Прибор «электронный нос» устроен таким образом, что один раз поднеся к устройству то или иное вещество и нажав кнопку «запомнить», вы гарантировано оставите в его памяти всю необходимую информацию, которая будет храниться в устройстве все время его эксплуатации.

Сам принцип, по которому будет работать небольшое устройство с тонким пластиковым хоботком, был представлен еще в 1960-е годы. Такая технология главным образом использовалась в армии в подразделениях биологической и химической защиты. Сегодня, благодаря очень быстрому развитию микроэлектроники, такой прибор уже не занимает треть грузового автомобиля. Современные устройства не просто весят не больше 3-х килограммов, они стали невероятно чувствительными. Существующие сейчас приборы легко могут показать наличие в воздухе нитроглицерина, RDX, нитротолуола, взрывчатки С4 и одного из самых распространенных в России взрывчатых веществ - гексогена.

При этом приборы могут находить не только взрывчатку, но и наркотики даже в самых микроскопических дозах. При необходимости устройства могут распознавать и людей, так как человек тоже имеет свой запах, и это не запах его парфюма, а запах молочной кислоты. Именно на этот запах натаскиваются собаки, которые используются сотрудниками МЧС в поисково-спасательных операциях. Если человек оказался погребенным под завалами в тесном замкнутом пространстве, в этом пространстве постепенно накапливается его запах. Запах этот обязательно будет просачиваться через завалы. Это еще одно поле деятельности для «электронного носа». Если в пробе, взятой у расщелины в завалах, содержится молочная кислота, значит, под завалами следует искать человека.

При этом в нашей стране прибор создавался совсем не для поисковых операций. Это своеобразный побочный эффект от его создания. Первоначальная задача прибора заключается в охране стратегических объектов компании «Росатом». Именно по этой причине над прибором работал Национальный ядерный исследовательский университет.

Источники информации:
http://lenta.ru/news/2014/07/25/nose
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1164303
http://www.rg.ru/2013/03/14/kibernos.html

Как сообщает Министерство охраны здоровья, за вторую неделю ноября из-за гриппа и ОРВИ в больницы обратилось более 160 тыс. человек, из них 66,7% дети до 17 лет.
Отмечается, что уровень заболеваемости в нынешней эпидсезон на 13,7% больше аналогичного периода в прошлом сезоне.

В большинстве случаев люди, которые подхватили легкую простуду или насморк, не обращаются к врачу, а предпочитают лечиться сами. Делают они это нередко с помощью сосудосуживающих препаратов (капель для носа или спреев), так как они очень удобны и гарантированно помогают.

Но все ли мы знаем об этих «капельках-выручалочках»? Давайте рассмотрим все плюсы и минусы подобных лекарств.

Плюсы:

• Подобные средства сужают просвет сосудов, что позволяет снять отек носовой полости и тем облегчить дыхание. Поэтому они очень эффективны при заложенности носа.
• У подобных препаратов почти мгновенный эффект, который длится от 4 до 12 часов. Если закапывать нос несколько раз в день, то действия хватает на сутки. Подобные препараты изготавливаются на основе фенилэфрина или нафазолина, сейчас также стали часто использовать ксилометазолин.
• Цена в диапазоне: от 15 до 180 гривен.
• При местном использовании они практически не всасываются в кровь, что обеспечивает их относительную безопасность.

Нельзя тут не упомянуть и сосудосуживающие препараты, изготовленные на основе морской воды, например, Мералис. Подобные средства не только суживают кровеносные сосуды в носу, тем самым снимая отек, но и с помощью морской воды поддерживают нормальное состояние слизистой оболочки носовой полости.

Минусы:

• Нельзя использовать больше недели, так как сосуды привыкают к препарату и перестают реагировать. Это чревато возникновением медикаментозного ринита.
• Сосуды становятся очень хрупкими, что увеличивает шансы кровотечения даже при малейшей травме или перепадах артериального давления.
• Неправильное применение капель грозит повышением давления, нарушением сна и учащенным сердцебиением.
• Беременным женщинам строго запрещено принимать сосудосуживающие препараты. Влияя на весь организм, они несут опасность для развития малыша в утробе.
• Эти препараты не обладают лечебным действием, устраняют признаки насморка, но не борются с его причиной.

• Сушат слизистую носа, что снижает общий и местный иммунитет организма.

При неконтролируемом применении сосудосуживающих препаратов происходит привыкание, что может повлечь за собой возникновение хронического медикаментозного ринита. Также это чревато нарушением обонятельной функции и носовым кровотечением. Более того подобная “любовь” к этим каплям может осложниться спазмом сосудов мозга и привести к ишемическому инсульту. Потому людям, страдающим заболеванием сердца, гипертонией или повышенной функцией щитовидной железы – подобные средства не подходят.

Как мы видим, сосудосуживающие препараты не являются оптимальным средством при простуде или насморке.
Альтернативой деконгестантам для снятия отека и восстановления дыхания могут быть спреи на основе гипертонического раствора морской воды. действие начнется не сразу, а со второго дня, но помимо противоотечного эффекта мы сохраним слизистую оболочку носа в физиологическом состоянии, получим противовоспалительное и иммуноукрепляющее действие.

И самое главное – подобные препараты не несут угрозы для детей и беременных женщин, а также не вызывают привыкания.

Как сказал великий Гиппократ: «Морская вода смывает все болезни».
Применяйте ее для профилактики и лечения. Не болейте!

Строение электронного носа

Как правило, электронный нос состоит из трех функциональных узлов:

_ системы пробоотбора;

_ матрицы сенсоров с заданными свойствами;

_ блока процессорной обработки сигналов, поступающих от сенсоров.

Исследуемая проба закачивается воздушным насосом в кюветное отделение, где установлена линейка или матрица сенсоров. Там порция газовой смеси разделяется на отдельные фракции, которые прогоняются через систему специальных рецепторов и, в зависимости от состава и количества, изменяют их характеристики. В одном из вариантов электронного носа присоедине - ние специфической молекулы к поверхности сенсора, представляющего собой тончайшую иглу - кантилевер толщиной в 100 нм и длиной 50 микрон, вызывает изменение резонансной частоты за счет изменения его массы. Измеряя новую частоту колебаний кантилевера, можно определить присутствие специфических групп молекул.

Величины показаний каждого детектора передаются на процессорный модуль. Специальная программа анализирует полученные данные и выдает результаты в виде своеобразных “клякс” _ хроматограмм (на самом деле это графики интенсивностей запахов в центральных координатах).

Рис 121. Визуальные образы программы VaporPrint™ для

болезнетворных микроорганизмов, взрывчатых веществ,

наркотиков и горючих жидкостей

После дегустации в систему подаются пары промывочного газа (например, спирта), чтобы удалить пахучее вещество с поверхности датчиков и подготовить прибор к проведению ново_

го измерительного цикла.

Период времени, в течение которого сенсоры электронного носа анализируют закаченную пробу воздуха, называется временем отклика . Современные образцы отличаются достаточно высоким быстродействием. Время отклика у некоторых из них составляет порядка 10 секунд.

Период подачи в ячейку промывочного газа получил название времени восстановления (латентного периода). Время восстановления, как правило, колеблется в пределах минуты.

Следует отметить, что проблема идентификации запахов с алгоритмической точки зрения достаточно сложна (каждый запах представляет собой сложный комплекс химических соедине - ний), поэтому для распознания образов запаха система “электронный нос” использует элементы искусственного интеллекта. В частности, наиболее перспективным считаются так называемые искусственные нейронные сети (ИНС).

Нейронные сети представляют собой компьютерную имитацию взаимодействующих нейронов мозга человека и состоят из ряда соединенных между собой простых обрабатывающих

информацию единиц – нейронов. Слои нейронов, получающих внешнюю информацию, называю - тся входными , выводящих конечный результат – выходными , промежуточные слои - внутренн - ими , или скрытыми. При этом у каждого нейрона имеются несколько входов и только один выход. Главным плюсом нейронных сетей является их обучаемость , то есть возможность

целенаправленной минимизации ошибок выходных сигналов.