ابتكار أنف اصطناعي قادر على كشف الأكل الفاسد وشم الروائح
تاريخ النشر: 30th, October 2024 GMT
تمكن باحثون في جامعة العلوم والتكنولوجيا النرويجية من تطوير تقنية جديدة تعتمد على الهوائيات قادرة على اكتشاف المركبات العضوية المتطايرة التي تنتج الروائح المختلفة وتحديدها بدقة عالية، مثل رائحة العشب المقطوع حديثا أو أبخرة البنزين أثناء تعبئة الوقود أو الطعام الفاسد، عن المركبات العضوية المتطايرة.
هذه التقنية، التي أطلق عليها الباحثون اسم "الأنف الاصطناعي"، قد تُحدث ثورة في عدة مجالات مثل كشف الغازات الضارة، ورصد فساد الأطعمة قبل أن يصبح ملحوظا.
تعتمد التقنية الجديدة على شيء موجود مع الجميع تقريبا في هذا العصر وهو الهوائي الموجود عادة في أجهزة الهواتف المحمولة والتلفاز. لكن هذه الهوائيات لا تُستخدم هنا لأغراض الاتصال فحسب، بل أيضا كأجهزة استشعار للمركبات العضوية المتطايرة.
أبرز مايكل شيفينا، نائب رئيس قسم الأبحاث بكلية الهندسة بالجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، والمشرف على الدراسة، أن الدافع الأولي وراء ابتكار ذلك الأنف الاصطناعي مدعوم بالانتشار الفعلي للهوائيات على نطاق واسع، ويقول في تصريح للجزيرة نت: "إذا تمكنا من إضافة قدرات الاستشعار إلى هذه الهوائيات الموجودة دون زيادة التعقيد بشكل كبير، فسيكون ذلك مفيدا للغاية لتطبيقات إنترنت الأشياء".
برز مصطلح إنترنت الأشياء حديثا، ويُقصد به الجيل الجديد من الشبكات التي تتيح التفاهم بين الأجهزة المترابطة مع بعضها البعض، والأجهزة المزودة بأجهزة استشعار، والبرامج والتقنيات الأخرى التي تتصل وتتبادل البيانات مع الأجهزة والأنظمة الأخرى عبر الإنترنت أو شبكات الاتصالات. وما يميز إنترنت الأشياء هو تحرير الإنسان من ضرورة وجوده في المكان للتحكّم، أي أن الشخص يستطيع التحكم في الأدوات عن بعد.
الأنف الإلكتروني ليس أمرا جديدا، فهو موجود بالفعل، ويتطلب أنظمته التقليدية عادة أجهزة استشعار متعددة ومواد نانوية مختلفة ومكلفة للكشف عن المركبات العضوية المتطايرة المتنوعة والتمييز بينها. يؤدي هذا التعقيد إلى زيادة في استهلاك الطاقة وحجم أكبر وارتفاع في التكاليف، مما يجعلها أقل جدوى للتطبيقات واسعة النطاق.
يقول شيفينا: "يهدف فريقنا إلى معالجة هذه التحديات من خلال تطوير نظام مستشعر موحد باستخدام تقنية الهوائي"، ويضيف أن "هذا النهج لا يقلل من التعقيد واستهلاك الطاقة فحسب، بل يدمج أيضا وظائف الاستشعار والاتصال، وهو أمر بالغ الأهمية لتقنية إنترنت الأشياء المتنامية".
تعتمد الأنوف الإلكترونية التقليدية على مئات المستشعرات المغطاة بمواد مختلفة للكشف عن الروائح، مما يجعلها معقدة ومكلفة للغاية. ولكن "الأنف الإلكتروني" الجديد يعتمد على هوائي واحد مغطى بمادة واحدة فقط، مما يجعله أبسط وأقل تكلفة مقارنة بسابقيه. ورغم هذا النهج الهادف إلى التبسيط، فإن هذا الجهاز يتمتع بدقة تصل إلى 96.7% في الكشف عن الغازات، وهو ما يعادل أفضل الأنوف الإلكترونية المتاحة حاليا، بل ويتفوق عليها في بعض الحالات.
ويقول يو دانغ، طالب الدكتوراه بقسم التصنيع والهندسة المدنية بالجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا، والمؤلف الرئيسي للدراسة، في تصريحات للجزيرة نت: "يميز الأنف الإلكتروني الهوائي بين المركبات العضوية المتطايرة المختلفة من خلال تحليل انعكاس الإشارات الراديوية، التي يتم إرسالها بترددات مختلفة".
تخيل الهوائي كآلة موسيقية، مثل البيانو، حيث ينتج كل مفتاح (تردد) صوتا فريدا (إشارة). عندما يتفاعل مركب عضوي متطاير مع الهوائي، فإنه يغير صوت مفاتيح معينة، تماما كما يؤدي الضغط على زر البيانو إلى تغيير النوتات الموسيقية. تخلق هذه التغييرات "لحنا" فريدا أو نمطا من الانعكاسات لكل مركب عضوي متطاير.
المركبات العضوية المتطايرة هي غازات تنتشر بشكل طبيعي في الهواء، وتتميز هذه المركبات بأنها تتبخر عند درجات حرارة منخفضة، وبالتالي يمكن رصدها حتى لو لم تكن مرئية أو محسوسة. كل الكائنات الحية، بما في ذلك النباتات، تطلق مركبات عضوية متطايرة كجزء من عملياتها الطبيعية، وتُستخدم هذه الروائح أحيانا كوسيلة للتواصل بين الكائنات أو لحماية نفسها من الآفات.
من خلال تحليل الأنماط، يمكن أن يحدد الأنف الإلكتروني الهوائي الرائحة بدقة ويصنف المركبات العضوية المتطايرة المختلفة، حتى تلك التي لها هياكل جزيئية شديدة التشابه. وتسمح هذه الطريقة للأنف الإلكتروني الهوائي بعمل "بصمة" مميزة لكل مركب، مما يتيح الكشف والتحليل الدقيقين.
ويُطلى المستشعر بأكسيد الغرافين، مما يعزز من حساسيته ودقته بسبب مساحته السطحية العالية وخصائصه الإلكترونية الفريدة، التي تتفاعل بشكل مختلف مع المركبات العضوية المتطايرة المتنوعة. ومن خلال تحليل معامل الانعكاس، تعمل خوارزميات معالجة البيانات وتعلم الآلة المتقدمة على تعزيز الدقة بشكل أكبر من خلال التعرف على الأنماط في البيانات المعقدة.
ثورة الأنف الإلكترونيتم اختبار "الأنف الاصطناعي" على الفاكهة الفاسدة واللحوم في مراحل مختلفة من الفساد، ومن خلال تعديل الخوارزميات التي تُستخدم للكشف عن البصمات الفريدة للغازات المختلفة، يعتقد الباحثون أن هذه التكنولوجيا قد تكون قادرة على ما هو أكثر أهمية.
ويقول دانغ: "تظهر تقنية الأنف الإلكتروني الهوائي إمكانات كبيرة تتجاوز الاختبارات الأولية بالفواكه واللحوم، وخاصة في التشخيص الطبي للكشف عن الأمراض دون الجراحة من خلال تحليل التنفس، حيث تعمل بعض الأمراض على تغيير المركبات العضوية المتطايرة في التنفس".
يمكن تطبيق التقنية أيضا في مراقبة البيئة للكشف عن الغازات والمواد الملوثة الخطرة، والاستفادة من دقتها العالية واستهلاكها المنخفض للطاقة لتقييم جودة الهواء في الوقت الفعلي. وفي مجال سلامة الأغذية، يمكن أن يضمن الأنف الجديد نضارة وجودة الأطعمة المعبأة.
وفي الزراعة، يمكنها الكشف عن أمراض النباتات في وقت مبكر من خلال تحديد المركبات العضوية المتطايرة المحددة من النباتات المصابة، مما يحسن من غلة المحاصيل.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعمل تلك المستشعرات في البيئات الصناعية كنظام إنذار مبكر لتسرب الغازات الخطرة، مما يعزز سلامة العمال. وتسلط هذه التطبيقات الضوء على تنوع قدرات تقنية الأنف الإلكتروني الهوائي في تحديد وقياس المركبات العضوية المتطايرة بدقة عبر مختلف القطاعات.
ويمكن أن تشمل التطورات المستقبلية لتقنية الأنف الإلكتروني الهوائي تعزيز حساسيتها وانتقائيتها من خلال تطوير مواد نانوية أو طلاءات جديدة، مما يسمح باكتشاف المركبات العضوية المتطايرة بدقة أكبر.
كما أن التكامل مع خوارزميات التعلم الآلي المتقدمة من شأنه أن يحسن تحليل البيانات في الوقت الفعلي والتعرف على الأنماط، مما يتيح للتقنية التكيف مع المركبات العضوية المتطايرة الجديدة بشكل ديناميكي بحسب دانغ.
يختتم دانغ حديثه للجزيرة نت قائلا: "إن تصغير الحجم وخفض التكلفة من شأنه أن يجعل التقنية أكثر سهولة في الاستخدام وعلى نطاقات أوسع في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وأجهزة مراقبة الصحة الشخصية. كما أن زيادة قدرات الاتصالات اللاسلكية من شأنه أن يسهل التكامل السلس في شبكات إنترنت الأشياء، مما يسمح بمراقبة بيئية شاملة وتطبيقات المنزل الذكي. ومن شأن هذه التطورات أن تعزز دور التقنية كأداة متعددة الاستخدامات وقوية في مجالات مختلفة."
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات المرکبات العضویة المتطایرة إنترنت الأشیاء من خلال تحلیل للکشف عن یمکن أن
إقرأ أيضاً:
لماذا نستمر في الأكل حتى بعد الشبع؟.. نصائح لتجنب عادة «الأكل العاطفي»
يعاني الكثير من الناس من مشكلة الإفراط في تناول الطعام، حتى في غياب الشعور بالجوع الحقيقي، كما يستمرون في تناول الطعام رغم الشعور بالشبع، ورغم عدم حاجة الجسم الحقيقي إلى تناول الطعام، هذا يدفعنا إلى التساؤل: لماذا يتناول البعض كميات تتجاوز حاجتهم اليومية؟.
كيف يتحكم الجسم بالجوع والشبع؟شبكة معقدة من الهرمونات والإشارات العصبية، وراء الشعور إما بـ الجوع أو الشبع وفقاً لخبراء التغذية في كلية «تي أتش تشان»، للصحة العامة في جامعة هارفارد، الإنجليزية، حيث يُعتبر هرمون الغريلين مسؤولاً عن الشعور بالجوع، بينما يعمل هرمون اللبتين على إرسال إشارات إلى الدماغ عند الشعور بالشبع، ما يساعد في تنظيم كمية الطعام التي نتناولها.
لماذا نفرط في الأكل؟ أسباب علمية وسلوكية وراء المشكلةأحيانا تختلط إشارات الجوع والشبع نتيجة عدة عوامل مثل:
العادات الغذائية السيئة.
تناول أطعمة غنية بـ السعرات الحرارية.
التأثيرات العاطفية مثل القلق أو الملل، ما يجعل الشخص يأكل رغم امتلاء معدته.
واحد من الأسباب وراء الاستمرار في تناول الطعام رغم الشبع هو الأكل العاطفي، إذ إن التوتر والإجهاد يؤديان إلى زيادة إنتاج هرمون الكورتيزول، الذي يعزز الرغبة في تناول الأطعمة الغنية بالسكر والدهون، وذلك بحسب الجمعية الأمريكية لعلم النفس (APA)، والتي تشير إلى أن هذا يُفسّر ميل الكثير من الأشخاص إلى اللجوء للطعام كوسيلة للراحة بعد يوم مجهد، حتى وإن لم يكونوا بحاجة فعلية لتناول الطعام، يُعرف هذا السلوك بـ«الأكل العاطفي»، وهو من أبرز العوامل التي تسهم في السمنة واضطرابات الأكل.
لماذا نواصل الأكل رغم الشبع؟من أسباب مواصلة الأكل حتى بعد الشبع، هو تناول الوجبات الكبيرة والمشتتات أثناء الأكل خاصة في العزومات الرمضانية، لوجود أكثر من صنف في وجبة واحدة، وهذا ممكن أن يؤدي إلى إجهاد المعدة والتأثير على إفراز البنكرياس للإنسولين، كما أن مشاهده التلفاز أثناء تناول الطعام يقلل من انتباهنا لحجم ما نأكله، وذلك بحسب الدكتورة إيمان فكري استشاري التغذية وعلاج السمنة، وزميل كلية إسبن بفرنسا للتغذيه العلاجية.
وأشارت إلى إنه يجب الوعي بإشارات الجسم، وتجنب تناول الطعام بسرعة، والحد من الأطعمة المصنّعة، والتركيز أثناء الأكل دون مشتتات، هي خطوات بسيطة لكنها فعالة في التحكم بالعادات الغذائية، فهم العلاقة بين مشاعرنا والطعام هو المفتاح الأول للتغلب على «الأكل العاطفي» وآثاره السلبية.
من أهم النصائح التي تعزز العلاقة الصحية مع الأكل وتساعد في التحكم بالجوع، والتخلص من الأكل العاطفي:
لا تنتظر حتى تشعر بجوع شديد.
شرب الماء قبل الوجبات يساعد في تقليل الشعور بالجوع الكاذب.
تناول الطعام ببطء دون مشتتات ومضغ الطعام جيدا والاستمتاع بمذاقه.
ركز على الأطعمة الغنية بالألياف والبروتين.
لا تحرم نفسك لكن كن معتدلا لأن الحرمان من الأطعمة المفضلة قد يؤدي إلى نوبات من الأكل بشراهة لاحقا.
اختيار نوع واحد للأكل من كل صنف.
مخلفات محطة الهارثة الحرارية تسبب حالات إغماء بين الطلبة والتدريسيين