|
|
Субботний блик науки № 24
Нечеловеческий запах
Мой сосед иногда кормит своего кота на веранде дачного домика. Стоит ему выставить очередную порцию лакомства, как быстро наступает момент, когда разносимый ветром специфический запах кошачьей еды, щедро нагруженной в миску, уже легко различает даже мой нос, но никак не обонятельный орган самого соседского кота, в безделье раскинувшего лапы на солнцепеке, в дальнем углу двора. Кот не молод, очень сыт и загородил нос лапой. В общем, не чует пищи, ожидающей его не так далеко. Возможно, восстановить остроту нюха этому толстому животному могло бы голодание в течение суток, а может, помогли бы исследования таких ученых, как Ричард Эксел (Richard Axel) и Линда Бак (Linda B. Buck). Правда, последние — специалисты в обонянии человеческом, зато только что получили за исследования «с душком» Нобелевскую премию 2004 года по медицине.
Суть оцененных Нобелевским комитетом работ Эксела и Бак в обнаружении и объяснении механизма «вынюхивания», заложенного в носы человеческие. И это, несомненно, важно. Но вот интересно: раз механизм восприятия запаха носом человеческим в общих чертах ясен, то неужели нельзя его воспроизвести и получить нос «электронный»? О чем разговор! Можно! Но тоже — в общих чертах.
Первые «электронные вынюхиватели» появились достаточно давно под суровым обобщающим названием «газоанализаторы», но вот назвать их полнофункциональными носами никак не получится. Распознавали они обычно присутствие только одного газа, например метана, а поэтому на роль нюхателя не годились. Но прогресс движется, и наука выдает не только системы анализа речи и машинного зрения, но и развивает роботизированные носы, пытаясь охватить все известные человеку каналы получения информации об окружающем мире.
Современные искусственные носы способны узнавать некоторое разнообразие запахов, причем при весьма малой этих самых запахов интенсивности. Хороший тому пример — уже много лет разрабатываемый при живом участии NASA (а технологии там, где деньги) проект ENose (расшифровка названия прямолинейна, как бросок нильского крокодила: Electronic Nose — Электронный Нос). Этот самый нос как раз и устроен во многом подобно научному содержимому тех самых медицинских работ, только что получивших Нобелевскую премию (она ведь всегда опаздывает на много лет). Правда, если в случае с носом человеческим используется набор из многих сотен хитрых рецепторов, насовский носик нюхает восемью полимерными пластинками.
Каждый сенсор сделан из определенного, специально подобранного вида полимера. Окажись этот полимер окружен молекулами некоего зловредного газа, некоторые из этих молекул в структуру полимера проникнут и тем самым изменят его характеристики, в частности электропроводность, на которую, собственно, и опирается вся надежда конструкторов носа. Ведь так как полимеры разные, да еще и специально подобранные, и на различные вещества реагирующие отлично друг от друга, то по согласованному изменению электропроводности всех восьми вполне можно идентифицировать, какой газ внутрь этого самого электронного носа попал. Проще говоря, если сероводород от аммиака, замеряя скачущий потенциал одной тестовой полимерной пластинки, отличить не удастся, то использование трех разных полимеров способно сделать выбор столь же простым, как кухня в «Макдональдсе». Что уж говорить о восьми сенсорах, да еще и сподобившихся быть подключенными к компьютеру со специально обученной многими сотнями газов программе. Не удивительно, что этот самый ENose способен детектировать пары алкоголя в выдохе отмечавшего очередную научную публикацию сотрудника аж за три метра и аж на второй день после собственно праздничного события.
Электронные носы полезны, они могут обнаруживать примеси ядовитых веществ в атмосфере разнообразных замкнутых пространств, где работают люди, будь то глубокие шахты, тоннели городской канализационной системы или Международная Космическая Станция, где компьютерный нюхач определяет наличие в воздухе опасных для жизни обитателей газов, кои вполне могут в этот воздух тайно влиться из разнообразия техники, которой МКС плотно упакована.
Действующий вот уже несколько лет в различных ипостасях ENose в чем-то даже лучше собачьего носа, ибо последний заточен под некоторый, пусть и широкий, но ограниченный набор запахов, а электронный нос можно поднастроить на запахи любые. Однако до полной радости гибкости не хватает. Но она, эта приятная гибкость в носу, вполне может образоваться, если удастся разработать математический аппарат, моделирующий поведение полимера-сенсора для каждой конкретной конфигурации воздействующей на этот сенсор молекулы детектируемого газа. Тогда, понюхав, произведя измерения да «обратив вычисления», можно будет получить информацию о конфигурации молекулы газа, даже если он неизвестен. И вместо того, чтобы просто сообщать, что тут пахнет ванилью, занудный робот, оснащенный совершенным носом, заявит: «Чем пахнет — не знаю, но молекулы выглядят заманчиво!».
Впрочем, ленивого соседского кота подобные уговоры его хозяина: «Ну давай, иди кушать — очень вкусно, очень аппетитно смотрится!» — с места сдвинуть не способны.
09.10.2004
Теги: технологии
|
Ваш отзыв автору
|
|
|
