Elektronisk näsa – maskiners luktsinne

Sensorbaserade lösningar i kombination med digitalisering har lett till en revolution inom vad man kan se som maskinbaserad syn och hörsel. På liknande sätt finns stor potential i att digitalisera luktsinnet. Möjligheterna med att använda e-näsa sträcker sig över ett brett spektrum av tillämpningar.

Luktsinnet är komplext och att skapa en e-näsa som fyller de behov som man önskar är ofta utmanande. En framgångsrik design innefattar att göra flera väl avvägda val,allt från en analys av de lukter (gassammansättningar) som kan tänkas förekomma, till klokt val av hårdvara och mjukvara.

Vi på RISE kan hjälpa er med dessa val och de flesta steg i ert innovationsarbete. Exempelvis hjälper vi er med sensorutveckling, att ta fram en prototyp för viss tillämpning eller att testa sensorernas respons vid exponering mot gaser eller lukter. Nedan följer ett urval av fler expertiser och tillämpningsområden där RISE kan bidra med kompetens för att hjälpa er framåt med era frågeställningar.

Sensorteknik

En central del i att skapa en e-näsa är att välja de gassensorer som den ska baseras på. Principen bygger på att man har en uppsättning sensorer, en sensormatris, med olika känslighet för olika gaser. Denna matris utgör grunden för att kunna skapa ”fingeravtryck” för olika typer av lukter.

Vid valet av sensorer får man göra flera avväganden. Vilka önskvärda egenskaper bör e-näsan ha? Vilken miljö ska den verka i? Vilken kostnad är acceptabel? Hur ska energiförsörjning till sensorsystemet ske? På RISE har vi stor kompetens inom sensorteknik och kan hjälpa till i valprocessen. Vi kan antingen guida genom det breda urvalet av befintlig kommersiell teknik eller utveckla egna sensorer som kanske passar just ert behov. Exempelvis kan vi tillverka gassensorer baserade på halvledarmaterial. 

Ett annat område som RISE jobbar med är tryckt elektronik, en teknik som har fördelar ur hållbarhets -och kostnadsperspektiv. Tekniken möjliggör bland annat att sensormatrisen trycks på ett substrat som kan vara av A4-storlek. Material som papper, PET, polyamid eller trä kan användas. Miljövänligt bläck kan skapa ledningar och monteringsytor. Dioder, kapacitanser, antenner kan tryckas med samma teknik. Allt detta bidrar till hög grad av återvinningsbarhet. Som hjälp för att bygga prototyper och utveckla nya produkter har RISE tillgång till CAD-verktyg, labb för testning och certifiering. Följ länkarna längst ned på sidan för att läsa mer om vad RISE gör inom sensorteknik och närliggande områden som elektronik och kommunikation.

AI och databehandling

Principen för en elektronisk näsa bygger på att det finns någon typ av igenkänningsalgoritm. Det kan vara allt från en matematisk modell som bygger på kända fenomen till statistiska modeller och AI. På RISE finns flera experter som jobbar med statistik, AI och deep-learning.

Gas- och aromanalys

Det som vi upplever som lukt är ofta en komplex blandning av olika ämnen som når luktreceptorerna i det olfaktoriska epitelet i näsan. Signalerna från luktreceptorerna leds vidare in i hjärnan där de tolkas ihop med en mängd andra signaler, såsom temperatur, grundsmakerna och den känsla av hetta som exempelvis chili kan ge. Dessa mekanismer hos oss människor kan kopieras med en e-näsa. Vid utveckling och träning av en e-näsa behöver innehållet i gassammansättningen som den exponeras för vara väldefinierad så att e-näsan kan kalibreras. Beroende på utvecklingsfas kan detta ske på olika sätt.

För att identifiera innehållet i en okänd luktande blandning av olika ämnen krävs aromanalys. Med gaskromatografi – olfaktometri kan vi identifiera de kemiska ämnen som orsakar den upplevda lukten och med detta recept sedan designa en lämplig testmix som e-näsan kan tränas med. Scrolla ned och läs mer om RISE olika kompetens inom aromkemi och sensorik.

Tillämpningsområden, domänkunskap

Områdena där en e-näsa kan användas är många. Exempel på tillämpningar inom livsmedel och jordbruk kan vara att bedöma kvalitet och förskämning, eller att övervaka/styra växt- eller fermenteringsprocesser. Övervakning av bioprocesser sträcker sig även utanför livsmedelsområdet.

Inom byggnadsfysik och inomhusmiljö finns möjlighet att övervaka hygien i exempelvis badhus eller toaletter med mål att optimera städning eller annat underhåll. Andra tillämpningsområden kan vara att upptäcka fuktskador eller ohyra.

Inom vården finns möjlighet till övervakning och diagnostik med hjälp av e-näsa.

I många fall är det värdefullt att stötta upp ett innovationsprojekt med domänkunskap utöver den rent tekniska. På RISE har vi många medarbetare med expertis inom de domäner som nämnts ovan och många andra.