Foto Universiteit van Tel Aviv
Een nieuwe technologische ontwikkeling van de Universiteit van Tel Aviv heeft het mogelijk gemaakt dat een robot kan ruiken met behulp van een biologische sensor. De sensor zendt elektrische signalen uit als reactie op de aanwezigheid van een geur in de buurt, die de robot kan detecteren en interpreteren.
In deze nieuwe studie hebben de onderzoekers met succes de biologische sensor aangesloten op een elektronisch systeem en met behulp van een machine learning-algoritme geuren kunnen identificeren met een gevoeligheidsniveau dat 10.000 keer hoger is dan dat van een veelgebruikt elektronisch apparaat. De onderzoekers zijn van mening dat deze technologie in het licht van het succes van hun onderzoek in de toekomst ook kan worden gebruikt om explosieven, medicijnen, ziekten en meer te identificeren.
De biologische en technologische doorbraak werd geleid door promovendus Neta Shvil van de Sagol School of Neuroscience van de Universiteit van Tel Aviv, Dr. Ben Maoz van de Fleischman Faculty of Engineering en de Sagol School of Neuroscience, en prof. Yossi Yovel en prof. Amir Ayali van de School of Zoology en de Sagol School of Neuroscience. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Biosensor and Bioelectronics.
Dr. Maoz en prof. Ayali leggen uit: “Door de mens gemaakte technologieën kunnen nog steeds niet concurreren met miljoenen jaren evolutie. Een gebied waarop we vooral achterblijven bij de dierenwereld, is dat van geurwaarneming. Een voorbeeld hiervan is te vinden op het vliegveld waar we door een magnetometer gaan die miljoenen dollars kost en kan detecteren of we metalen apparaten bij ons hebben. Maar als ze willen controleren of een passagier drugs smokkelt, halen ze een hond erbij om hem te snuffelen. In de dierenwereld blinken insecten uit in het ontvangen en verwerken van zintuiglijke signalen. Een mug kan bijvoorbeeld 0,01 procent detecteren
verschil in het kooldioxidegehalte in de lucht. Vandaag de dag zijn we nog lang niet klaar met het produceren van sensoren waarvan de mogelijkheden in de buurt komen van die van insecten.”
De onderzoekers wijzen erop dat onze zintuigen, zoals het oog, oor en neus, en ook die van alle andere dieren, over het algemeen receptoren gebruiken die verschillende signalen identificeren en onderscheiden. Vervolgens vertaalt het sensorische orgaan deze bevindingen in elektrische signalen, die de hersenen decoderen
informatie. De uitdaging van biosensoren ligt in de verbinding van een sensorisch orgaan, zoals de neus, met een elektronisch systeem dat weet hoe de elektrische signalen die van de receptoren worden ontvangen, moeten worden gedecodeerd.
Prof. Yovel: “We hebben de biologische sensor aangesloten en verschillende geuren laten ruiken terwijl we de elektrische activiteit maten die elke geur opwekte. Het systeem stelde ons in staat om elke geur te detecteren op het niveau van het primaire sensorische orgaan van het insect. Vervolgens hebben we in de tweede stap machine learning gebruikt om een 'bibliotheek' van geuren te creëren. In het onderzoek konden we 8 geuren, zoals geranium, citroen en marsepein, karakteriseren op een manier die ons in staat stelde te weten wanneer de geur van citroen of marsepein werd gepresenteerd. Nadat het experiment voorbij was, gingen we zelfs door met het identificeren van meer verschillende en ongebruikelijke geuren, zoals verschillende soorten Schotse whisky. Een vergelijking met standaard meetapparatuur toonde aan dat de gevoeligheid van de insectenneus in ons systeem zo'n 10.000 keer hoger is dan de apparaten die nu in gebruik zijn.”
Dr. Maoz concludeert: “De natuur is veel geavanceerder dan wij, dus we zouden haar moeten gebruiken. Het principe dat we hebben gedemonstreerd, kan worden gebruikt en toegepast op andere zintuigen, zoals zien en aanraken. Sommige dieren hebben bijvoorbeeld verbazingwekkende vaardigheden om explosieven of drugs op te sporen; de creatie van een robot met een biologische neus zou ons kunnen helpen mensenlevens te redden en criminelen te identificeren op een manier die vandaag niet mogelijk is. Sommige dieren weten ziekten op te sporen. Anderen kunnen aardbevingen voelen. De lucht is de limiet.”
