Новый сверхмалый электронный нос (e-nose), работающий на сверхнизком энергопотреблении, открывает возможности для применения в различных областях, таких как мониторинг качества воздуха, диагностика здоровья, безопасность пищевых продуктов и защита окружающей среды.
Профессор Хынг Джу Шин с кафедры машиностроения и профессор Джей Джун Ким с кафедры электротехники в UNIST успешно внедрили электронный нос, способный точно измерять как тип, так и концентрацию газов за счет интеграции нанотехнологий и глубокого обучения.
Недавно разработанный e-nose использует полупроводниковый газовый датчик на основе наноразмерного нагревателя. В отличие от обычных датчиков, потребляющих значительную мощность из-за высоких рабочих температур, этот датчик работает с менее чем 200 микроватт, что делает его идеальным для мобильных и IoT-устройств. Кроме того, он может похвастаться высокой производительностью, поскольку использует процессы производства полупроводников.
Высокое энергопотребление, связанное с существующими электронными носами, было снижено за счет миниатюризации датчиков, дополненной внедрением технологии циклического включения . Эта технология снижает энергопотребление еще на 90% за счет периодической подачи и отключения питания нагревателя.
Нанонагреватель может достигать температуры 250°C и охлаждаться до комнатной температуры за одну стотысячную долю секунды, что позволяет эффективно измерять газ даже в течение коротких рабочих циклов.
Исследовательская группа усовершенствовала существующую конструкцию электронного носа, которая традиционно требовала нескольких датчиков, для работы с одним датчиком.
Десорбция газа с поверхности полупроводников происходит медленнее, чем скорость работы нанонагревателей. Следовательно, во время рабочего цикла газовые реакции продолжаются даже во время кратковременных периодов охлаждения нагревателя. Это позволяет собирать различные сигналы как во время работы, так и при перерывах в работе нагревателя.
Анализируя эти двойные сигналы в режиме реального времени с помощью сверточной нейронной сети (CNN), система может точно определять различные типы и концентрации газа.
Профессор Шин заявил: «Ограничения существующих электронных носов можно устранить с помощью одного датчика», добавив: «Эту технологию можно легко применить к мобильным устройствам и устройствам Интернета вещей, которые требуют миниатюризации».
Профессор Ким пояснил: «Возможность создания микрогазового измерительного устройства, работающего с низким энергопотреблением, открывает возможности для разнообразных приложений, включая беспроводные системы мониторинга в реальном времени».
Результаты, касающиеся газового датчика на основе нанометров, были опубликованы в сентябре 2022 года, а текущая технология электронного носа была опубликована в июне 2024 года в журнале ACS Sensors.
