في مختبر البروفيسور عوديد شوسيوف في كلية الزراعة في الجامعة العبرية، قام فريق من الباحثين بقيادة طالب الدكتوراه فالد شوميكو بتطوير أنف محوسب يحاكي العمل المشترك لأنفنا ودماغنا ويعرف كيفية التعرف على الروائح المختلفة من خلال معالجة وتحليل الطريقة التي ترتبط بها الجزيئات المتطايرة بالمستقبلات باستخدام التعلم الآلي
يحتوي أنفنا على حوالي 400 مستقبل فقط، ومع ذلك فنحن قادرون على شم ملايين الروائح المختلفة التي يحملها الهواء على شكل جزيئات متطايرة. المستقبلات التي لدينا ليست محددة لكل رائحة، ولكن لا يزال بإمكاننا اكتشاف مجموعة واسعة من الروائح المختلفة لأن الجزيئات المتطايرة التي ترتبط بالمستقبلات تخضع للمعالجة في الدماغ الذي يعرف كيفية ترجمة النمط الخاص لربط الجزيئات والروائح. التعرف على روائح معينة. علاوة على ذلك، يتعلم دماغنا الروائح التي واجهناها من قبل ويصنفها، لذلك نتعرف على روائح معينة حتى بدون رؤية الجسم ذي الرائحة. في مختبر البروفيسور عوديد شوسيوف في كلية الزراعة في الجامعة العبرية، قام فريق من الباحثين بقيادة طالب الدكتوراه فالد شوميكو بتطوير أنف محوسب يحاكي العمل المشترك لأنفنا ودماغنا ويعرف كيفية التعرف على الروائح المختلفة عن طريق معالجة وتحليل الطريقة التي ترتبط بها الجزيئات المتطايرة بالمستقبلات باستخدام التعلم الآلي. تم إجراء البحث بالتعاون مع البروفيسور يوسي بلاتيل والبروفيسور تسفي هيوكا من الجامعة العبرية والدكتور جيلي بيسكر من جامعة تل أبيب.
وأوضح والد: "كان الهدف هو تطوير جهاز عالمي يمكنه شم الروائح المختلفة دون الحاجة إلى إنتاج جهاز استشعار منفصل لكل رائحة جديدة". "في ملايين السنين من التطور، خلقت الطبيعة أدوات مذهلة للتعامل مع التحديات اليومية بفعالية كبيرة، ولهذا السبب قررنا أن نتعلم من الطبيعة. الجهاز الذي طورناه يحاكي الطريقة التي يعمل بها أنفنا." وقدم فريق الباحثين لأول مرة على الإطلاق استخدام الخصائص البصرية الخاصة لأنابيب الكربون، والجزيئات النانومترية (أصغر بمليون مرة من المليمتر)، لصالح تحديد المواد المتطايرة. وتتميز أنابيب الكربون بالعديد من الخصائص الخاصة، من بينها انبعاث الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء. وبمساعدة التعديلات الكيميائية لأنابيب الكربون، يمكن جعلها ترتبط بمواد معينة وتتفاعل عن طريق تغيير الإشارة الضوئية. يحتوي الأنف البصري الذي صممه الباحثون على مجموعة مستشعرات تتكون من أنابيب كربونية تحاكي المستقبلات الموجودة في الأنف وارتباط الجزيئات المتطايرة بها يسبب تغييرا في الإشارة البصرية في تلك المجسات. وهكذا تصبح الرائحة في الواقع صورة. يتم تحليل الإشارة الضوئية المستلمة تلقائيًا باستخدام التعلم العميق، وبالتالي يتعلم النظام التعرف على الروائح المختلفة والجزيئات المختلفة بطريقة مشابهة لعقلنا.
وقال ويلد: "اليوم، يعرف النظام كيفية التعرف على العشرات من الروائح المختلفة ولا تزال اليد مائلة"، مضيفا أن "الآلة أكثر فعالية من الأنف البشري لأنها تستطيع التعرف على الروائح التي لا نستطيع نحن تحديدها". على سبيل المثال، لن تعرف الآلة فقط كيفية التمييز بين رائحة البيرة والفودكا والنبيذ، ولكنها ستعرف أيضًا ما هو مكون الكحول الموجود داخل المشروب؛ الإيثانول والميثانول والبروبانول وأكثر من ذلك، لذا إذا تم بيع مشروب كحولي مزيف لك، فسوف تتعرف الآلة على ذلك في بضع ثوانٍ. وتابع البروفيسور شوسيوف شرح قابلية تطبيق التطوير: "بالإضافة إلى الاستخدامات العديدة والمتنوعة في قطاع الأغذية، مثل الكشف عن الكحول المزيف أو الأطعمة الفاسدة أو المسمومة، هناك العديد من التطبيقات الأخرى لهذه التكنولوجيا. خلال هذه الفترة، يكون معظم محتوى الأخبار يدور حول مرض كورونا، وكما هو الحال مع العديد من الأمراض الفيروسية التي تصيب الجهاز التنفسي، يتسبب فيروس كورونا أيضًا في حدوث تغييرات في صورة الجزيئات المتطايرة التي تنبعث للمرضى عن طريق التنفس. ومن المحتمل أن يتم استخدام النظام للتعرف بسرعة على مرضى كورونا بطريقة غير جراحية من خلال تحليل أنفاسهم. هذه مجرد أمثلة قليلة، فالإمكانات التطبيقية لتقنيتنا تتجاوز ذلك بكثير." وقد نشرت الدراسة مؤخرا في مجلة أجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
