Электронный нос
Электронный нос — электронный прибор, предназначенный для определения запахов или привкусов[1]. Способны различать смеси при помощи полупроводниковых датчиков и запоминать новые запахи благодаря обучению с помощью систем искусственного интеллекта[2]. Восприятие запаха определяется наличием различных газообразных веществ в атмосфере. Принцип работы полупроводниковых датчиков для обнаружения газов основан на изменении их электропроводности, которое происходит при осаждении молекул газа из окружающей среды на поверхность датчика, позволяя фиксировать присутствие определённых газов. В процессе производства датчиков возможно настроить их чувствительность только на определённый вид газов[3][4].
В 2014 году проект «Мультисенсор для газовой диагностики и логистики плодоовощных продуктов» Тимура Муксунова получил грантовую поддержку. Финансирование было предоставлено по программе «УМНИК», реализуемой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере[3].
История создания
В конце 1950-х годов швейцарский инженер Ханс Лаубе разработал систему Smell-O-Vision, предназначенную для синхронного выпуска ароматов во время кинопоказов. Эта технология была создана для демонстрации фильма «Запах тайны». Показы картины проходили в трёх специально оборудованных кинотеатрах, расположенных в Нью-Йорке, Лос-Анджелесе и Чикаго. Каждое зрительское место оснащалось индивидуальной трубкой, через которую по заранее установленному таймеру подавался соответствующий сюжету запах. Однако публика встретила данное нововведение без особого интереса. Выход запахов из отверстий сопровождался характерным шипением, а зрители, особенно те, до кого аромат не доходил, проявляли удивление и растерянность, принюхиваясь к шумному сопению. Часто ароматы появлялись с задержкой и не соответствовали происходящему на экране, а у некоторых зрителей распыление вызывало аллергические реакции. В совокупности все эти факторы отвлекали внимание от сюжета фильма[5].
В 1959 году была создана аналогичная разработка AromaRama. Эта система сопровождала показ итальянского документального фильма «За Великой стеной». В случае с AromaRama ароматические вещества подавались в зрительный зал через вентиляционную систему. Зрителям предстояло ощутить около сотни различных ароматических композиций на протяжении фильма, включая запахи травы, земли и ладана, но не всегда эти ощущения вызывали у аудитории положительную реакцию. В своей статье для New York Times обозреватель Босли Кроутер охарактеризовал запахи с одного из сеансов как «неуловимые, угнетающие, небрежные и банальные». Он привёл примеры: «Лёгкий аромат, несколько напоминающий мокрую солому, появляется в сценах ловли баклана, а сцена охоты на тигра почему-то сопровождается запахом бананового масла. Несколько раз чувствуется запах дыма или ладана, а сцены парада с цветами становятся почти удручающими из-за струи дешевых духов». Обе разработанные системы оказались недолговечными. Внедрение ароматического сопровождения в кинофильмы было сопряжено с чрезвычайно высокими затратами, что делало окупаемость таких проектов практически невозможной. Негативные отзывы также сыграли значительную роль в их неудаче: журнал Time включил Smell-O-Vision в список 100 худших изобретений в истории[5].
В 1981 году американская аудитория познакомилась с комедией Джона Уотерса «Полиэстер» и технологией «аромаскопа» — специальной карточки с нанесёнными запахами. Зрителям предлагалось в определённый момент фильма потереть соответствующий участок карточки, чтобы ощутить задуманный аромат вместе с героями. Эта технология использовалась в 2011 году при показе фильма «Дети шпионов 4D», когда аромаскопы выдавались вместе с билетами[5]. В 2014 году европейский консорциум PHOTOSENS презентовал прототип электронного носа, изготовленного с использованием метода наноимпринтной литографии. Принцип его действия базируется на эффекте поверхностно-усиленного рамановского рассеяния, который позволяет формировать точные спектральные «отпечатки» веществ, присутствующих в смеси, при их адсорбции на специально подготовленном шероховатом слое золота[6]. В 2021 году российские разработчики представили умную колонку Illusion Aroma. Устройство предназначено для создания ароматического сопровождения видеоконтента в домашних условиях и в кинотеатрах. Колонка оснащена 28 картриджами с различными ароматами, которые смешиваются в необходимых пропорциях и распыляются в зависимости от происходящего на экране. Планируется обучить нейросеть автоматически определять запахи по видеоизображению и создавать соответствующие ароматические композиции. На начальном этапе в колонку были загружены часто встречающиеся в кино готовые ароматы, например, запахи кофе и свежей выпечки[5].
Принцип работы
Процесс обучения электронного носа аналогичен методам дрессировки поисковых собак: компьютеру, оснащённому специализированными сенсорами, предоставляется целевой запах, который затем закрепляется путём соотнесения с его соответствующим обозначением[2].
Различные сенсоры объединены в единый чип, а приходящие с него сигналы анализируются с помощью специально написанной компьютерной программы, использующей методы машинного обучения. Такой подход имитирует работу обоняния млекопитающих, где множество сенсоров выполняют функцию обонятельного эпителия с большим количеством разных рецепторов, а машинное обучение — роль обонятельной коры в головном мозге. Продукты питания при порче выделяют аммиак и сероводород, с помощью «электронного носа» можно определить срок годности продуктов[7].
Устройство
Мультисенсорный детектор, являющийся компонентом «электронного носа», разработан с использованием различных модификаций графена — двумерного материала, состоящего из атомов углерода. При взаимодействии с молекулами-носителями запаха (аналитами) поверхностный слой этих модификаций генерирует электрический сигнал (хеморезистивный отклик). В зависимости от зоны поверхности детектора, где происходит это взаимодействие, фиксируется характерное изменение электрического сопротивления в слое, что позволяет создать уникальный регистрирующий «отпечаток» запаха для каждого конкретного соединения[8].
Если сравнивать с человеческой обонятельной системой, то в качестве рецепторов выступает наше графеновое покрытие, дальше в человеческом носу информация передается на обонятельные луковицы, а в нашем случае — сигнал передается на плату управления, на которой как раз размещен чувствительный элемент. Она обрабатывает сигнал и передает его либо на компьютер, либо на специальные микросхемы, контроллеры, где идет сравнение с базой запахов.Изобретатели электронного носа, Журнал «Хайтек»
Детектор реагирует на разнообразные соединения, вступающие во взаимодействие с его поверхностью, включая летучие органические вещества, испарения жидкостей или любые новые запахи, отличающиеся от обычного состава воздуха. Эта особенность позволяет применять «электронный нос» в качестве аналитического прибора для детального изучения или простого индикатора присутствия/отсутствия определённых веществ[8].
Применение
- Подключённое к компьютеру или смартфону, данное устройство способно обнаруживать даже низкие концентрации токсичных газов. Это достигается за счёт использования сенсоров, которые регистрируют наличие оксида азота, сероводорода, аммиака и других вредных веществ[7].
- Продукты питания при порче выделяют аммиак и сероводород, с помощью «электронного носа» можно определить срок годности продуктов[7].
- Датчики, объединённые в интеллектуальную сеть, могут быть применены в городской среде и на промышленных объектах для оперативного выявления выбросов опасных газов в атмосферу и определения их источника[7].
- Планируется разработать компактную станцию для мониторинга качества воздуха, предназначенную для использования в «умных» городах, и провести её испытания в Москве[7].
- Предполагается использовать «электронный нос» в качестве портативного устройства для ранней диагностики воспалительных заболеваний лёгких. Химические соединения, обнаруживаемые в выдыхаемом воздухе человека, могут служить индикаторами ряда серьёзных заболеваний. У пациентов с астмой отмечается повышение концентрации оксида азота в выдыхаемом воздухе по мере приближения приступа. Компактное устройство, предназначенное для детекции газа, позволит заблаговременно предупреждать пациентов, давая им возможность своевременно принять необходимые лекарственные препараты[7].
- Планируется оптимизировать производственные процессы и собирать новые данные для более точной классификации различных газов методами машинного обучения[7].
Примечания
- ↑ Медушевская З. Нюх на опасность. Нижегородские учёные создают электронный «нос». Аргументы и факты (24 июня 2023). Дата обращения: 2 ноября 2025.
- ↑ 2,0 2,1 Ученые создали электронный нос-долгожитель. Рамблер (19 апреля 2018). Дата обращения: 1 ноября 2025.
- ↑ 3,0 3,1 Томский ученый создал «электронный нос», диагностирующий болезни. ТАСС (22 января 2016). Дата обращения: 2 ноября 2025.
- ↑ Туева Е. Умный нос. Коммерсант (9 ноября 2023). Дата обращения: 2 ноября 2025.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Пирогова Е. Пахучие фильмы и цифровые запахи: как передать аромат на расстоянии. РБК (12 сентября 2022). Дата обращения: 2 ноября 2025.
- ↑ Кузык В. Нос на батарейках. «Популярная механика» №5, 2016 (2016). Дата обращения: 2 ноября 2025.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 Скрынников А. «Электронный нос»: российские учёные создали портативный детектор токсичных газов. Russian RT (9 июня 2021). Дата обращения: 2 ноября 2025.
- ↑ 8,0 8,1 Волков М. Что такое «электронный нос» и как он работает. Хайтек (12 сентября 2024). Дата обращения: 2 ноября 2025.