18/01/2023
Door Ad Spijkers
Volgens de onderzoekers is de gevoeligheid van de biologische sensor voor geur 10.000 keer hoger dan van bestaande apparaten.
Een nieuwe technologische ontwikkeling van Tel Aviv University heeft het mogelijk gemaakt dat een robot kan ruiken met behulp van een biologische sensor. De sensor genereert elektrische signalen als reactie op de aanwezigheid van een geur in de buurt, die de robot kan detecteren en interpreteren.
In deze studie hebben de onderzoekers de biologische sensor aangesloten op een elektronisch systeem. Met behulp van een machine learning algoritme kunnen ze geuren identificeren met een gevoeligheidsniveau dat 10.000 keer hoger is dan dat van een veelgebruikt elektronisch apparaat. De onderzoekers zijn van mening dat deze technologie in het licht van het succes van hun onderzoek in de toekomst ook kan worden gebruikt om explosieven, medicijnen, ziekten en meer te identificeren.
Dieren ruiken beter
Door de mens gemaakte technologieën kunnen nog steeds niet concurreren met miljoenen jaren evolutie. Een gebied waarop we vooral achterblijven bij de dierenwereld is geurwaarneming. Een voorbeeld hiervan is te vinden op het vliegveld waar we door een magnetometer gaan die miljoenen dollars kost en kan detecteren of we metalen apparaten bij ons hebben. Maar als douaniers willen controleren of een passagier drugs smokkelt, halen ze een hond erbij om aan hem te snuffelen.
In de dierenwereld blinken insecten uit in het ontvangen en verwerken van zintuiglijke signalen. Een mug kan bijvoorbeeld 0,01 procent verschil in het kooldioxidegehalte in de lucht detecteren. Vandaag de dag zijn we nog lang niet klaar met het produceren van sensoren waarvan de mogelijkheden in de buurt komen van die van insecten.”
Decoderen
De onderzoekers wijzen erop dat onze zintuigen, zoals het oog, oor en neus, en ook die van alle andere dieren receptoren gebruiken die verschillende signalen identificeren en onderscheiden. Vervolgens vertaalt het sensorische orgaan deze bevindingen in signalen, die de hersenen decoderen naar informatie. De uitdaging van biosensoren ligt in de verbinding van een sensorisch orgaan, zoals de neus, met een elektronisch systeem dat weet hoe de elektrische signalen die van de receptoren worden ontvangen, moeten worden gedecodeerd.
De onderzoekers hebben de biologische sensor aangesloten en verschillende geuren laten ruiken terwijl we de elektrische activiteit maten die elke geur opwekte. Met het systeem konden ze elke geur te detecteren op het niveau van het primaire sensorische orgaan van het insect. Vervolgens hebben ze in de tweede stap machine learning gebruikt om een 'bibliotheek' van geuren te creëren.
In het onderzoek konden ze acht geuren, zoals geranium, citroen en marsepein, karakteriseren op een manier die hen in staat stelde te weten wanneer de geur van citroen of marsepein werd gepresenteerd. Nadat het experiment voorbij was, gingen ze door met het identificeren van meer verschillende en ongebruikelijke geuren, zoals verschillende soorten Schotse whisky. Een vergelijking met standaard meetapparatuur toonde aan dat de gevoeligheid van de insectenneus in het nieuwe systeem zo'n 10.000 keer hoger is dan de apparaten die nu in gebruik zijn.
Toepassing
De natuur is veel geavanceerder dan de mens, dus we zouden haar moeten gebruiken. Het principe dat de onderzoekers hebben gedemonstreerd, kan worden gebruikt en toegepast op andere zintuigen, zoals zien en aanraken. Sommige dieren hebben bijvoorbeeld verbazingwekkende vaardigheden om explosieven of drugs op te sporen. De creatie van een robot met een biologische neus zou kunnen helpen mensenlevens te redden en criminelen te identificeren op een manier die vandaag niet mogelijk is. Sommige dieren weten ziekten op te sporen. Anderen kunnen aardbevingen voelen.
In toekomstig werk willen de onderzoekers de robot navigatievermogen geven waarmee hij de geurbron en later zijn identiteit kan lokaliseren.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: University of Tel Aviv