In foarte multe domenii si situatii din viata reala e nevoie de instrumente complexe si capabile pentru identificarea gazelor din mediu, din anumite incinte. Siguranta celor care lucreaza cu gaze sau in preajma zonelor cu expunere la gaze e mai importanta decat orice, de aceea cercetarile in domeniul monitorizarii concentratiilor gazelor si detectiei lor nu se vor opri niciodata. Nasul inteligent electronic in miniatura ar putea fi solutia cea mai la indemana pentru toti cei care au nevoie de detectarea cu acuratete maxima a concentratiei si tipului de gaz din mediu sau din incinte.
Ca sa poti obtine o tehnologie revolutionara care sa iti permita sa monitorizezi si sa identifici rapid si corect gazele prezente intr-un mediu dat ain nevoie de tehnologii de ultima generatie si de abordari creative. Deep learning si nanotehnologia au fost alegerile celor care au dezvoltat un nou tip de instrument si dispozitiv pentru astfel de actiuni.
Deep learning se refera la o subramura a invatarii automate sau machine learning, bazata pe retele neuronale artificiale cu mai multe straturi, straturi ce permit modelelor sa invete si sa reprezinte date la diferite niveluri de abstractizare. Marele avantaj al deep learning este ca se invata automat caracteristici si reprezentari din date brute, fara sa se faca extragere manuala pentru caracteristici.
Performanta deep learning este foarte buna in sarcini complexe, depaseste alte tehnici de machine learning in acuratete, mai ales daca ai si seturi mari de date.
Pe de alta parte, nanotehnologia este un domeniu interdisciplinar al stiintei si tehnologiei care vizeaza manipukarea si controlul materiei la scara nanometrica, nivel atomic, molecular. Materialele la scara nano pot sa aiba proprietati fizice, chimice, biologice diferite fata de aceleasi material la scara macro.
Combinarea celor doua tipuri de tehnologii a avut un rezultat neasteptat. Recent, oamenii de stiinta au reusit sa dezvolte un nas electronic, „e-nose” de mici dimensiuni care opereaza fara a avea nevoie de un volum urias de energie electrica, oferind o deschidere foarte mare pentru aplicatii in domenii precum monitorizarea calitatii aerului, diagnosticare, securitatea si siguranta alimentara, protejarea mediului.
Profesorii Heungjoo Shin de la Departamentul de Inginerie Mecanica si Jae Joon Kim de la Departamentul de Inginerie Electrica de la UNIST sunt cei care au avut acest proiect si aceasta idee si au implementat-o cu succes. Nasul electronic monitorizeaza cu acuratete foarte mare tipul si concentratia gazelor prin integrarea nanotehnologiei si a deep learning-ului.
La baza noului concept revolutionar se afla senzori bazati pe caldura si semiconductori pentru detectia rapida a gazelor cu o marime foarte mica. Spre deosebire de senzorii obisnuiti care consuma multa energie si temperaturile sunt foarte mari pentru operare normala, noul senzor dezvoltat opereaza cu mai putin de 200 microwatti, ideal pentru dispozitive mobile si dispozitive IoT.
Productivitatea e si mai buna pentru ca va valorifica procesele de fabricatie a semiconducatorilor. Se reduce consumul de energie cu 90% oferind periodic si taind energia la nivelul incalzitorului. Nano-incalzitorul ajunge la 250 de grade Celsius si se raceste la temperatura camerei intr-o 100-miime de secunda, masuratorile au acuratete mare chiar si cand se realizeaza mai rapid. Designul a fost modificat in asa fel incat sa fie nevoie de un singur senzor.
Desorbtia gazelor de pe suprafata semiconductorilor este mai lenta decat viteza operationala a nanonincalzitoarelor, radiatoarelor in miniatura. Se colecteaza semnale diferite in timpul operatiilor si in timpul intreruperilor de la nivelul incalzitoarelor, radiatoarelor. Analiza semnalelor duale in acelasi timp si in timp real cu ajutorul CNN, retea neuronala convolutionala va permite sistemului sa identifice cu acuratete de 100% diverse tipuri de gaze si concentratii oricat de mici. Pe viitor astfel de dispozitive vor putea sa fie folosite si pentru sisteme de monitorizare wireless, totul intamplandu-se in timp real.
Daca se va ajunge la dezvoltarea tehnologiei si la productia pe scara larga, dar mai ales la adoptarea ei in toate sectoarele vitale de activitate am putea asista curand la o mica revolutie si la o siguranta mai mare cand vine vorba de gaze si de concentratiile prezente in anumite spatii, medii. Ramane de vazut cum se va implementa un astfel de proiect si daca ideea celor doi profesori va fi preluata si dusa la alt nivel de companii care au si cu ce sa produca echipamente moderne si sofisticate.