طراحی زبان مصنوعی با غشاهای Graphene oxide / گامی نوین در حسگری شیمیایی و هوشمند

به گزارش سرویس علم و فناوری تابناک، در تازه‌ترین پیشرفت در تقاطع علم مواد، الکترونیک و محاسبات پرکاربرد، گروهی از محققان موفق شدند نخستین نسخه از یک «زبان مصنوعی» را بسازند که توانایی تشخیص طعم‌ها در محیط مایع – مشابه زبان انسان – را دارد. این دستگاه که در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده، ترکیبی از پژوهش بنیادی در حوزه مواد نو (گرافن‌اکسید) و فناوری حسگر هوشمند است. 

در این تحقیق، محققان از غشاهای بسیار نازک گرافن اکسید استفاده کرده‌اند که توانایی فیلتر و کنترل یون‌های مختلف را دارا هستند. این غشاها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که حرکت یون‌ها را در مایع کند می‌کنند، بنابراین دستگاه می‌تواند طعم‌های مختلف را بر مبنای یون‌های جریان یافته تشخیص دهد. 

نتایج کلیدی این پروژه عبارتند از:

• تشخیص چهار طعم پایه (شیرین، ترش، شور، تلخ) با دقت حدود ۷۲.۵٪ تا ۸۷.۵٪. Live Science

• تشخیص نوشیدنی‌های پیچیده‌تر (مانند قهوه یا کولا) با دقت تا ۹۶٪. Live Science

• انجام پردازش داده به‌صورت محلی (نه صرفاً انتقال به کامپیوتر مرکزی) و یادگیری از تجربه طعم با حفظ اطلاعات تا حدود ۱۴۰ ثانیه. Live Science

اهمیت علمی و فناوری

• از منظر علمی، این کار نشان می‌دهد که مواد نانویی مانند گرافن‌اکسید می‌توانند در محیط‌های مایع – که همواره چالش‌برانگیز برای الکترونیک بوده‌اند – به عنوان سامانه‌های حسگری فعال به‌کار روند.

• از منظر فناوری، دستگاه می‌تواند در حوزه‌های فراوانی کاربرد یابد: کنترل کیفیت مواد غذایی، تشخیص بیماری‌ها از طریق مایعات زیستی (مثل بزاق یا خون)، سیستم‌های رباتیک با حس چشایی و حتی سامانه‌های هوش مصنوعی با حسگرهای زیستی.

• این پروژه نمونه‌ای است از پیوند علم پایه (مطالعه و طراحی مواد با خواص ویژه) با فناوری کاربردی (ساخت دستگاه حسگر و الگوریتم یادگیری) — همان ترکیبی که شما درخواست کرده بودید.

چالش‌ها و مسیر پیش رو

• نسخه فعلی دستگاه هنوز حجیم و پرمصرف است؛ تبدیل آن به نمونه مینیاتوری، کم‌مصرف و قابل‌استفاده عملی در محیط واقعی، نیازمند مهندسی بیشتر است.

• موضوع دوام، پایداری در محیط مایعات، مقاومت در برابر خوردگی یا آلودگی یون‌ها، باید بهبود یابد تا برای کاربردهای صنعتی و پزشکی آماده شود.

• ادغام این حسگر با سامانه‌های هوش مصنوعی، رابط کاربری مناسب و تبدیل داده‌های طعمی به اطلاعات عملکردی در صنایع موضوعی است که باید توسعه یابد.

• نیاز به سرمایه‌گذاری و همکاری بین دانشگاه، صنعت مواد پیشرفته و تولیدکنندگان حسگرها وجود دارد تا این فناوری از آزمایشگاه به بازار برسد.