اختراع زبان رباتیک برای چشیدن مواد شیمیایی خطرناک
علمی و تکنولوژی › اختراعات
- 98/09/17
سرعت پیشرفت فنی در سیستم‌های رایانه‌ای دیداری طی چند سال گذشته حیرت انگیز بوده است. چشمان ماشین‌ها به سرعت در حال پیشرفت است، تا حدی که از چشمان انسان پیش گرفته است و اکنون می‌تواند تا ۱۰۰۰ فریم بر ثانیه را ببیند.چشمان ماشین‌ها اکنون توانایی دیدن و تشخیص چیزها را بدون کمک انسان دارند. این چشم‌های الکترونیکی را می‌توان روی هر رباتی تعبیه کرد. همچنین قدرت لامسه و شنیداری ربات‌ها از این پیشرفت عقب نمانده است. اما حالا محققان شرکت آی‌بی‌ام(IBM) روی حس چشایی ربات‌ها کار کرده‌اند. تحقیقات آنها به یک مفهوم جدید منتهی شد که می‌تواند دانشمندان را در زمینه دسترسی به چشایی دیجیتال کمک کند و می‌تواند مواد شیمیایی خطرناک موجود در آب و دیگر محلول‌ها را تشخیص دهد.
این ربات که "هایپر تیست"(Hypertaste) نامیده شده به محققان اجازه می‌دهد مواد شیمیایی پیچیده را در ترکیبات مختلف و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده آزمایشگاهی تجزیه و تحلیل کنند.
حسگرهای الکتروشیمیایی موجود با اینکه سبک و قابل حمل هستند، اما فقط برای تشخیص یک نوع ماده شیمیایی توانایی دارند یا بسیار بزرگ و گران هستند و می‌توانند مجموعه‌ای گسترده از ترکیبات مولکولی را تشخیص دهند. "هایپر تیست" شکاف میان این دو را پر کرده است و با اندازه‌ای قابل حمل و نسبتا سبک می‌تواند مواد شیمیایی بسیاری را در محلول‌ها شناسایی کند.
اولین حسگرهای الکتروشیمیایی که "زبان دیجیتالی" یا "زبان رباتیک" نیز نامیده می‌شوند در دهه ۱۹۵۰ برای تشخیص گاز، به ویژه تشخیص سطح اکسیژن ساخته شدند. در دهه ۱۹۸۰ و ظهور تراشه سیلیکون، این سیستم‌ها کوچک شدند و برای استفاده در تشخیص ترکیبات مایع مورد استفاده قرار گرفتند که نظارت بر سطح قند خون یکی از این موارد بود.
طراحی آنها نسبتا ساده است و دارای یک عنصر شناختی که معمولا یک پلیمر مولکولی(MIP) و یک ماده مصنوعی که قادر به اتصال مولکول دلخواه یا ساختار مشابه با آن است، هستند. اساسا آنها از گیرنده بیولوژیکی سلول‌ها، آنتی‌بادی‌ها و آنزیم‌ها تقلید می‌کنند. هنگامی که یک مولکول به یکی از آنها متصل می‌شود، یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری تولید می‌کند. سپس این سیگنال به یک سیستم تجزیه و تحلیل منتقل می‌شود تا با تغییرات در مقدار برق تفسیر و شناسایی شود.
حسگرهای الکتروشیمیایی می‌توانند تغییرات در پتانسیل غشاء سلول و همچنین تغییر آن در انتقال، مقاومت، ولتاژ یا آمپراژ را احساس کنند. در حالی که بسیاری از حسگرهای الکتروشیمیایی دستی برای شناسایی تنها یک مولکول پیکربندی شده‌اند، "هایپر تیست" رویکردی متفاوت دارد و مثل زبان انسان بر احساس ترکیبی تکیه دارد.
دکتر "پاتریک روچ" عضو هیئت تحقیقاتی در بخش علم و فناوری تحقیقات آی‌بی‌ام گفت: این روش، "هایپر تیست" را قادر می‌سازد انواع مختلف مایعات را بدون نیاز به سخت افزار مخصوص شناسایی کند.
این زبان رباتیک برای انجام این کار از حسگرهای الکتروشیمیایی ساخته شده از الکترودهای جفتی استفاده می‌کند. هر جفت با توجه به ولتاژی که از آنها عبور می‌کند، به ترکیبی از مولکول‌ها واکنش می‌دهد. سیگنال کلی ولتاژ ایجاد شده توسط مجموعه‌ای از الکترودهای جفتی می‌تواند "اثر انگشت" مایع را شناسایی کند. ما مجموعه‌ای از این حسگرها را در اختیار داریم. هر یک از این حسگرها به خودی خود خیلی ارزشمند نیستند، زیرا همزمان به مولکول‌های بسیاری واکنش نشان می‌دهند. بنابراین یک حسگر به خودی خود و بدون همکاری با دیگر حسگرها بی‌فایده است، اما واکنش ترکیبی از همه حسگرها چیزی شبیه به یک "اثر انگشت مایع" تولید می‌کند.
سپس اثر انگشت مایع از حسگر به یک دستگاه تلفن همراه منتقل می‌شود. تلفن همراه، اطلاعات را به یک سرور ابری می‌فرستد که در آن یک شبکه عصبی آن را با یک پایگاه داده از مایعات شناخته شده مقایسه می‌کند. سپس نزدیک‌ترین ترکیب پیدا شده روی نمایشگر تلفن همراه نمایش داده می‌شود. نمونه فعلی آی‌بی‌ام این کار در کمتر از یک دقیقه انجام می‌دهد و نتیجه را با قاطعیت ۹۰ درصدی اعلام می‌کند.
هدف اولیه این تیم تحقیقاتی، آموزش حسگرها برای تحلیل چهار نوع آب معدنی در بطری بود تا مدت فرآیندی که نصف روز طول می‌کشد را کاهش دهند. اما وقتی این حسگرها توسط فناوری یادگیری ماشینی آموزش داده شدند، در کمال تعجب دیده شد که قادر به تشخیص انواع مواد شیمیایی شده‌اند. این در حالی است که دیگر حسگرهای الکتروشیمیایی نیاز به تغییر فیزیکی برای تشخیص مواد جدید دارند، اما "هایپر تیست" فقط به یک به‌روز رسانی نرم افزاری نیاز دارد.
حسگرهای "هایپر تیست" همچنین می‌توانند در هماهنگی با یکدیگر، اطلاعات را در مورد مایعات جدیدی که با آن مواجه هستند به اشتراک بگذارند. این ویژگی همراه با قابلیت اشتراک ابری، نیاز به اتصال به شبکه اینترنت دارد، اما تجزیه و تحلیل یک مایع را می‌توان بدون اتصال به اینترنت و فقط با یک برنامه تلفن همراه انجام داد.
"هایپر تیست" تنها زبان الکترونیکی نیست که در حال حاضر در حال توسعه است. تاکنون زبان الکترونیکی با نام‌های "آرومیکس"(Aromyx)، "ایسنس چیپ"(EssenceChip) به تولید تجاری رسیده‌اند. ضمن اینگه چندین تولید کننده مواد غذایی در چین هم ربات‌های تشخیص طعمی ساخته‌اند که برای آزمایش محصولاتشان از آن استفاده می‌کنند.
کاربردهای تجاری متعددی برای حسگرهای الکتروشیمیایی یا همان زبان‌های رباتیک وجود دارد. به عنوان مثال آنها در صنعت غذایی برای تشخیص سلامت و طعم غذاها و در صنعت داروسازی برای شناسایی داروهای تقلبی کاربرد دارند. از آنها همچنین می‌توان برای تشخیص خلوص آب و سلامت آن استفاده کرد.
"هایپر تیست" حتی می‌تواند در علوم پزشکی غیر از صنعت داروسازی به کار گرفته شود. به عنوان مثال می‌تواند سلامت فرد را بر اساس فکتورهای موجود در ادرار وی ارزیابی کند.
متاسفانه آی‌بی‌ام هنوز یک جدول زمانی برای عرضه "هایپر تیست" اعلام نکرده است. این شرکت پیش از عرضه رسمی ابتدا باید پایگاه داده خود را گسترش دهد تا بتواند دامنه وسیعی از ترکیبات شیمیایی قابل شناسایی را ثبت کند.
