Elektroniczny nos na dronie wykryje nieprzyjemne zapachy

Badaczka z W7 jest absolwentką Uniwersytetu Warszawskiego, a doktorat przygotowywała we współpracy z Laboratorium Badań Geofizyki i Oceanografii Satelitarnej (LEGOS) Narodowego Centrum Badań Naukowych (Tuluza, Francja) oraz z Interdyscyplinarnym Centrum Nanotechnologii Uniwersytetu w Aarhus (we współpracy z UNISENSE A/S) w Danii. Dr Justyna Jońca wystąpiła niedawno z wnioskiem o grant w Programie Marie Skłodowskiej-Curie i dołączyła do grupy dr hab. inż. Izabeli Sówki, prof. uczelni z Wydziału Inżynierii Środowiska. To właśnie na PWr przez najbliższe trzy lata będzie realizować swój projekt w zakresie stworzenia innowacyjnego elektronicznego nosa pod nazwą SENSODOR. – Bardzo trudno jest zmierzyć zapach. Typowe techniki analityczne pozwalają określić chemiczny skład mieszaniny odpowiedzialnej za pojawienie się zapachu, ale nie odpowiedzą nam na pytanie, czy jest on przyjemny, jakie ma stężenie, czy intensywność – wyjaśnia dr Justyna Jońca. – Jak dotąd najlepszym instrumentem do oceny uciążliwości zapachowej jest nasz nos. Techniki pozwalające oszacować uciążliwość zapachową nazywane są olfaktometrią – dodaje.

Dr Justyna Jońca podczas stażu podoktorskiego, który odbyła w Laboratorium Chemii Koordynacyjnej Narodowego Centrum Badań Naukowych w Tuluzie, pracowała nad syntezą i zastosowaniem nanocząstek metali i tlenków metali do konstrukcji nosów elektronicznych przeznaczonych do badania jakości powietrza i zastosowań w katalitycznym usuwaniu czadu ze spalin.

W dużym skrócie można więc powiedzieć, że technika tzw. olfaktometrii dynamicznej wykorzystuje ludzkie nosy. Zespół minimum czterech osób, tzw. panel ludzkich nosów, po odpowiednim przeszkoleniu i przy użyciu odpowiednich procedur jest w stanie precyzyjnie określić stężenie zapachowe, intensywność i jakość hedoniczną różnego rodzaju mieszanin zapachowych. Elektroniczne nosy, które chce stworzyć nasza badaczka mają być uzupełnieniem w prowadzeniu tego typu badań. – Zebranie zespołu i przeprowadzenie oceny jest kosztowne i czasochłonne, a w tym czasie źródło uciążliwości zapachowej może zostać zniwelowane na skutek zmiany charakteru emisji i warunków jej towarzyszących. Rozwiązaniem mogą być właśnie nosy elektroniczne, tworzące sieć monitorującą wokół interesującego nas obiektu np. zakładu gospodarki odpadami komunalnymi. Pozwoli to na prowadzenie ciągłego monitoringu danego obiektu – tłumaczy dr Justyna Jońca. Jest to o tyle istotne, że o ile zazwyczaj substancje zapachowe nie są niebezpieczne dla ludzkiego życia, o tyle dłuższa ekspozycja na nie może powodować m.in. problemy z koncentracją, podrażnienia oczu i gardła, co przekłada się na obniżenie jakości życia i pracy. Elektroniczny nos ma się przede wszystkim składać z matrycy czujników, z których każdy będzie zawierał tzw. warstwę czułą wykonaną z polimerów lub tlenków metali półprzewodnikowych, czyli np. tlenku cynku, tlenku cyny, czy tlenku miedzi. – W każdym urządzeniu takich czujników będziemy mieli kilka lub kilkanaście, ale nie będą one selektywne. Oznacza to, że nie będą wykrywały konkretnego związku, ale każdy z wybranych czujników będzie inaczej reagował z analizowaną mieszaniną – wyjaśnia dr Justyna Jońca. Całość będzie zamknięta w skrzynce ochronnej z wbudowanym systemem przepływu powietrza. Na podstawie zebranych z matrycy sygnałów powstanie tzw. odcisk zapachu. Warto bowiem wiedzieć, że podobnie jak odcisk palca u człowieka, każda mieszanina zapachowa ma swój niepowtarzalny wzór. Próbki będą także analizowane przez panel ludzkich nosów. Wyniki z obu pomiarów zostaną wprowadzone do komputera, który dzięki zastosowaniu algorytmów uczenia maszynowego będzie się stopniowo uczył. I to do tego stopnia, że finalnie sam będzie w stanie określić stężenie oraz intensywność zapachu nieznanej mu próbki. – Mam nadzieję, że dzięki zastosowaniu nanotechnologii uda mi się uzyskać lepsze parametry, niż w dotychczas stosowanych czujnikach. Dzięki zaprojektowaniu warstwy czułej w nanoskali uzyskać można m.in. wyższą czułość urządzenia. Finalnym etapem projektu, po opracowaniu elektronicznego nosa i stworzeniu sieci monitorującej, będzie zainstalowanie go na dronie. Tego typu autonomiczne urządzenie mogłoby być wykorzystane m.in. do poszukiwania źródeł uciążliwości zapachowych – zapowiada dr Justyna Jońca.

---

Projekt potrwa trzy lata, a wysokość grantu to 224 tys. EUR. Na Politechnice Wrocławskiej oprócz zespołu prof. Izabeli Sówki w jego realizację włączył się również dr inż. Jarosław Szrek z Wydziału Mechanicznego.