Потребительские технологии могут имитировать многие органы чувств человека: камеры, чтобы видеть, микрофоны, чтобы слышать, и сенсорные экраны, чтобы осязать, но как насчет запаха? Представьте себе мир, в котором мы не только загружаем фотографии наших последних рецептов, косметических средств и кофе, но и делимся их запахом. Возможности цифрового обоняния могут быть огромны, но каковы они и какая технология газовых датчиков позволит это сделать?
На графическом изображении изображена голова мужчины с датчиком на носу, экран компьютера, показывающий экран загрузки данных в виде контура мозга, и линии, идущие к его носу, представляющие запахи, исходящие от кофе, вина, гнилой пищи, животных, фабрики и фургона
Электронные носы имитируют наши естественные органы чувств
Новейшая газовая сенсорная технология предназначена для оцифровки запаха путем имитации человеческого носа и мозга. Наш нос полон рецепторов, которые реагируют на газовые смеси, и со временем наш мозг учится распознавать данный запах. Точно так же, как мы не рождаемся способными отличить розы от лилий, электронные носы также требуют определенного периода обучения. Так называемые «электронные носы» объединяют массивы газовых датчиков с алгоритмами машинного обучения, которые могут идентифицировать закономерности в ответ на специфический запах. Возможности миниатюрных датчиков и программного обеспечения для машинного обучения постоянно расширяются и в настоящее время достигли уровня коммерческой готовности для создания индустрии цифровых запахов.
Электронные носы имитируют наши естественные органы чувств
Как хорошие, так и плохие запахи еды и напитков имеют ценность.Еда и напитки — очевидные источники запахов, которые нам небезразличны, и ключевой пример использования электронных носов. Например, источник ароматического профиля или различий в запахе между похожими продуктами изучен недостаточно. Электронные носики предлагают решение, позволяющее лучше понять, что делает наши любимые блюда такими соблазнительными.
С другой стороны, измерение газов, выделяемых пищевыми продуктами по мере их порчи или загрязнения, позволяет поддерживать качество пищевых продуктов и обеспечивать безопасность. Это могло бы даже помочь решить проблему пищевых отходов, поскольку данные о запахе предлагают альтернативу датам «лучше всего до». На промышленном уровне для обеспечения однородности продукции и контроля качества можно было бы также более широко использовать датчики запаха, что могло бы поставить под угрозу существующую цепочку поставок лабораторного оборудования, используемого в этой области.
Коммерческие устройства для мониторинга продуктов питания и напитков, пригодные для интеграции в товары для умного дома и фабрики, сейчас только появляются. Некоторые производители начинают добавлять газовые датчики в бытовую технику, и другим придется последовать их примеру, чтобы в будущем конкурировать на рынке умных домов.
Потребность в датчиках качества воздуха также влияет на электронные носы
Помимо количественной оценки запаха, многие новые технологии электронного носа нацелены на более чувствительные и избирательные измерения качества воздуха, чем существующие газовые датчики. Именно благодаря этим возможностям они начали внедряться в детекторы дыма, включая домашнюю сигнализацию и датчики, размещенные снаружи для мониторинга лесных пожаров.
Растет интерес к качеству воздуха и его влиянию на наше здоровье, особенно длительное воздействие низких концентраций также создаст спрос на электронные носы. Успех этого варианта использования в секторах «умного города» и домашнего хозяйства, вероятно, будет зависеть от эффективного маркетинга со стороны производителей оборудования, что является основным препятствием для внедрения на массовом рынке в среднесрочной перспективе.
Возможности и проблемы для электронных носов
Использование матриц в электронных носах создает возможности для различных типов газовых сенсорных технологий. Данные с хорошо известных датчиков, таких как металлооксидные, электрохимические и инфракрасные, фотоакустические и другие, могут быть использованы программным обеспечением для количественной оценки газовых смесей. В то же время передовые материалы позволяют создавать ультраминиатюрные датчики с потенциалом интеграции в смартфоны и носимые устройства.
Некоторые проблемы, связанные с технологией электронного носа, остаются нерешенными. Например, использование более дешевых и малочувствительных датчиков массового производства и более дорогостоящего программного обеспечения накладывает значительную нагрузку на обучение требуемому искусственному интеллекту. Однако изначально более производительное оборудование для электронных носов, такое как печатные углеродные нанотрубки, пока не поддается масштабному производству и все еще нуждается в «убойном приложении» и больших объемах заказов.
Кроме того, на сегодняшний день инфраструктура для обучения электронных носов и обмена данными ограничена. Несмотря на то, что изображения были упрощены до формата RGB, эквивалента для запаха пока не существует. Эта проблема была выявлена некоторыми, такими как Aryballe, но прежде чем индустрия цифровых запахов сможет полностью раскрыть свой потенциал, необходимо усилить стандартизацию.
Перспективы и прогнозы рынка
Оцифровка запаха стала бы захватывающим дополнением к сенсорным возможностям бытовой электроники. Исторически эта технология имела репутацию чрезмерно разрекламированной, но готовые устройства представляют собой реальный процесс, осуществляемый в этом секторе. Этому в значительной степени способствовали инновации в фундаментальной технологии газовых датчиков, параллельно с развитием программного обеспечения для машинного обучения. В последнем отчете IDTechEx «Газовые датчики 2022-2032: технологии, возможности, участники и прогнозы» сравниваются более 15 различных технологий газовых датчиков, которые могут быть использованы в системах электронного контроля, а также во многих других приложениях, таких как качество воздуха, автомобилестроение и безопасность.
IDTechEx занимается широкой тематикой сенсорных технологий с 2008 года, предлагая ассортимент, включающий носимые, печатные датчики и датчики изображения. В этом отчете, посвященном газовым датчикам, подробно оценивается эффективность различных технологий — сравниваются их ключевые характеристики и совместимость с различными областями применения. Он включает в себя несколько профилей компаний, взятых из интервью как с крупными производителями, так и со стартапами, специализирующимися на широком спектре различных технологий.
Преимущества цифрового носа включают:
Детекция и идентификация запахов: Цифровой нос может обнаруживать и распознавать различные запахи, включая ароматы, запахи газов, химических веществ и т.д. Это может быть полезно в различных областях, включая безопасность, медицину, пищевую промышленность и многое другое.
Контроль качества: В производстве и пищевой промышленности цифровой нос может использоваться для контроля качества продукции путем обнаружения неприятных запахов или химических веществ.
Безопасность: Цифровой нос может быть использован для обнаружения вредных или опасных газов в окружающей среде, что особенно полезно в сфере охраны окружающей среды и промышленной безопасности.
Медицина: В медицинских приложениях цифровой нос может помочь в диагностике и обнаружении различных заболеваний, таких как рак, инфекции и другие патологические состояния, которые имеют своеобразный запах.
Моделирование запахов: С помощью цифрового носа можно создавать и воспроизводить искусственные запахи, что может быть полезно в индустрии развлечений, симуляциях и виртуальной реальности.