"بینی الکترونی" چشم اندازی نوین در صنایع امنیتی

قسمت اول

یکی از زمینه های قابل پیشرفت، کاربرد فرآورده های فناوری نانو در سیستم های امنیتی ساخت ابزارهای فنی گونه ی "بینی الکترونی" است که برای کشف توده های بسیار کوچک موادی که انتشار آنها ممنوع است در نظر گرفته شده است.

در طول توسعه جوامع، تلاش هایی از سوی انسان برای پی بردن به ماهیت بوها صورت گرفته است. ولی اقدام انقلابی در زمینه گیرنده هایی بویایی و سیستم های مربوط به بوها فقط در سالهای اخیر صورت گرفته است.

ریچارد اکسل و لیندا بک در سال 2004 به خاطر نتایج برجسته تحقیقات خود جایزه نوبل در رشته پزشکی را دریافت کردند. آنها حدوداً 900 ژن را کشف کردند که با همین تعداد گیرنده های بویایی که در قسمت بالایی حفره بینی قرار گرفته اند و شامل حدود 50 میلیون سلول ابتدایی گیرنده هستند، در ارتباط می باشند. سلول های فعال شده سیگنال ها را به گلومولرها و سپس به سلول های میترال پیاز بویایی منتقل می کنند. در ادامه سیگنال ها وارد قشر مغز می شوند، جایی که اطلاعات از گیرنده های مختلف در تصویر نهایی متناسب با بوهای مشخص جمع می شوند.

بینی الکترونیک مولتی حسگر شناسایی اجزاء یا عناصر مخلوط های گازی نامیده می شود. دستگاه های مرتبط با آن بر اساس اصول فیزیکی گوناگون کار می کنند، که اغلب آنالیزورهای دستی تحرک یون ها، کروماتوگراف های گازی دستی می باشند.

برخلاف سیستم های حس گر قدیمی که مستلزم عناصر حساس با انتخاب بالا هستند، "بینی الکترونی" از مجموعه حس گرهای انتخاب پایین استفاده می کند. امکان تحقق سیستم های گونه "بینی الکترونی" متکی به ابزارهای معاصر پیشرفته حسابگر و روش های پرداخت اطلاعات چند پارامتری است.

نانوفناوری امکان گسترش مجموعه مواد استفاده شده برای ساخت حس گرها و بدست آوردن مشخصه های رکورددار را می دهد. از جمله آنها مواد نانو کمپوزیت محتوی نانو ذرات فلزات، اکسید فلزات، پلمیرها هستند. مواد نانو کامپوزیت اساس انواع جدید حسگرهای شیمیایی با حساسیت و انتخاب بالا، واکنش دهی آدسورپسیون (جذب سطحی) برگشت پذیر سریع و قابل استفاده (کار) در دمای اتاق، هستند.

مجموعه مواد نانو کمپوزیت با ترکیب های شیمیایی متفاوت، یکی از سیستم های قابل پیشرفت در زمینه است "بینی الکترونی" می باشند.

سیستم شبه نورون (سلول عصبی) نانو حسگر "بینی الکترونی" در برگیرنده دو جزء زیر می باشد:

1. ماتریس حس گرهای نیمه رسانای بسیار حساس

2.آنالیزورهای ترکیبات گازی

حسگرها در ماتریس باید از لحاظ پارامترهای اساسی خود (حساسیت، انتخاب) متفاوت باشند، تعداد آنها می تواند از یک تا چند ده تا وابسته به وظیفه و امکانات فنی پرداخت سیگنال ها (متغیر باشد). گمان می رود از نانو کامپوزیت های پلیمری و مواد نانو ساختاری که تحت تأثیر مواد مختلف رسانایی متغیر از خود نشان می دهند، بعنوان عناصر حساس سیستم های مولتی حسگر استفاده شود.

3.سیستم نمونه گیر برای انتقال نمونه گازی از آنالیز کننده حجم هوا به ماتریس حس گر که در آن سیستم احیاء کننده ایی بمنظور احیاء قابلیت کار ماتریس حس گر طراحی شده، بکار می رود.

4.آداپتور قیاسی برای حفظ رژیم کار حس گرها در ماتریس و تبدیل سیگنال خروجی حس گرها به کد عددی

5.تنظیم کننده عددی برای پرداخت مقدماتی سیگنال حس گرها و رابط استاندارد برای اتصال به کامپیوتر

6.کامپیوتر با برنامه تأمین کننده برای شناسایی نمونه ها

قاعده کار دستگاه عبارت است از اندازه گیری رسانایی الکتریکی حس گرها هنگام تأثیر متقابل آنها با بخار مواد فرار. در نتیجه آدسورپیسون (جذب سطحی) مولکل های ماده مورد تحقیق، رسانایی مواد حساس حس گرها افزایش می یابد. هر حس گر دقیقاً برای یک گاز خاص انتخاب نشده است ولی میزان واکنش هر حس گر از مجموعه به گازهای متفاوت باید منحصر به آن گاز باشد. پرداخت ریاضی داده های بلوک حس گر امکان تشکیل نمونه منحصر بفرد شیمیایی ماده مورد آنالیز را می دهد. بلوک حس گر معمولاً شامل 8 تا 30 عنصر می باشد. نمونه منحصر بفرد بوی مواد بوسیله استفاده از عناصر حساس متفاوت از یکدیگر حس گرهای ساخته شده با بکار گیری نانوفناوری شکل می گیرد.

شناسایی مواد پس از «آموزش» دستگاه صورت می گیرد. آموزش دستگاه در نتیجه یادداشت واکنش بلوک حس گر هنگام پمپاژ گاز محتوی بخار ماده ایی خاص (منحصر بفرد) عملی می شود. هنگام پمپاژ متوالی (پی در پی) بخار گازهای مختلف از طریق دستگاه کتابخانه واکنش ها تشکیل می شود که در حافظه حسابگر واقع در ترکیب دستگاه حفظ می شود. شناسایی از طریق مقایسه واکنش گاز مورد آنالیز با واکنش های ثبت شده  مواد منحصر بفرد در کتابخانه واکنش ها محقق می شود. در صورت یافتن واکنش مشابه یا ترکیب واکنش ها دستگاه سیگنالی مبنی بر وجود بخار ماده ایی یا مجموعه مواد در گاز مورد آنالیز تولید می کند.

ویژگی اصلی طرح داده شده استفاده از نسل جدید حس گرهای شیمیایی ساخته شده براساس کامپوزیت های ناهمگن نانویی، لایه نازک می باشد. این مواد در خود مجموع خواصی را دارا هستند که ویژه نانو ذرات با مشخصات حس گرهای اکسیدی می باشند، حس گرهایی که بر اساس فناوری Planar ساخته شده اند. چنین روشی با روش های معاصر در طرح ریزی مواد SMART مطابقت دارد، موادی که هنگام کمترین تأثیر خارجی، مشخصات آنها تغییرات شدید، سریع و برگشت پذیر از خود نشان می دهند.