Ανάπτυξη συστοιχίας αισθητήρων για την ανίχνευση και ταξινόμηση με βάση την οσμή πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs). Εφαρμογή στην αναγνώριση φυσικών αρωμάτων

Abstract

Απ’ όλες τις ανθρώπινες αισθήσεις, η μυρωδιά είναι πάντα η πιο αυθαίρετα καθοριζόμενη. Η κατανόηση του πώς λειτουργεί η αίσθηση της όσφρησης αποτελεί από καιρό τον στόχο των ερευνητών. Οι «ηλεκτρονικές μύτες», χημικοί ή βιοχημικοί αισθητήρες που δημιουργούν ψηφιακά αποτυπώματα των οσμών, χρησιμοποιούνται από έναν αυξανόμενο αριθμό βιομηχανιών για τον ποιοτικό έλεγχο και την ανάπτυξη προϊόντων. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται αναλυτικές τεχνικές, αλλά είναι συχνά δύσκολο να συσχετιστούν τα δεδομένα με τις οργανοληπτικές πληροφορίες, ενώ η παραγωγή τους κοστίζει ακριβά. Αντίθετα, η μέτρηση από την «ηλεκτρονική μύτη» είναι αντικειμενική, επαναλήψιμη, με υψηλή ακρίβεια και σχετικά φτηνή. Η ερμηνεία είναι απλή, γρήγορη και άμεση. Όπως η ανθρώπινη αίσθηση της όσφρησης, η «ηλεκτρονική μύτη» μαθαίνει από την εμπειρία και βελτιώνεται όσο περισσότερο χρησιμοποιείται. Η μελέτη μας σε αυτόν τον τομέα έχει επικεντρωθεί στην κατασκευή μιας συστοιχίας αισθητήρων η οποία αντιδρά σε διάφορες πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs). Συγκεκριμένα, μας ενδιαφέρει να ανιχνεύσουμε τις πτητικές ενώσεις που αναδίνονται από δείγματα του ασκομύκητα Tuber, που αλλιώς αναφέρεται με την λαϊκή ελληνική ονομασία μανιτάρι Τρούφα. Η Τρούφα έχει υψηλή γαστρονομική και διατροφική αξία και εκπέμπει χαρακτηριστικό άρωμα, που εξαρτάται από το στάδιο ωρίμανσης και την προέλευσή της. Έχουμε αναπτύξει ένα σύστημα συλλογής δεδομένων, που ανιχνεύει και καταγράφει την απόκριση της συστοιχίας αισθητήρων τύπου MOS, που στηρίζονται στο SiO2. Οι αισθητήρες αυτοί, όταν εκτίθενται σε διαφορετικές μυρωδιές και αρώματα, εμφανίζουν συγκεκριμένες αλλαγές στην ηλεκτρική αντίσταση, μετρήσιμες για κάθε στοιχείο των αισθητήρων. Στα θέματα που καλύπτονται περιλαμβάνονται η περιγραφή του συστήματος ανίχνευσης οσμών και τα εργαλεία του, η διαδικασία λήψης των μετρήσεων, η εφαρμογή του αλγόριθμου ταξινόμησης με βάση τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν και η γραφική απεικόνιση των τελικών αποτελεσμάτων.

Of all the human senses, smell is always the most arbitrarily determined. Understanding how the sense of smell works has long been the goal of researchers. The "electronic noses", are chemical or biochemical sensors that generate digital fingerprints of smells, being used by an increasing number of industries for quality control and product development. The measurement of smell using "electronic noses" is objective, repeatable, highly accurate and relatively cheap. The interpretation is simple, fast and direct. Like the human sense of smell, the “electronic nose" learns from experience and improves the more it is used. It is designed to analyze, recognize and identify volatile chemicals at low levels (parts per billion, ppb). Our study in this area focused on the construction of an array of sensors which react to various volatile organic compounds and specifically to volatile compounds of Ascomycete Tuber named Truffle mushrooms. These fungi have highly appreciated gastronomical and nutritive merits and they own a characteristic aroma, depending on their stage of maturation and their origin. A data acquisition system is developed and the response of the gas sensors to truffle samples is monitored. The sensor technology is based on the absorption of volatile chemicals by the sensors elements, which when exposed to different odors and perfumes, exhibit specific changes in their electrical resistance. The topics, covered include the description of the odor detection system, the software tools, the process of making measurements, the application of recognition algorithm and the graphical display of the final results.