تیمی از پژوهشگران در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا یک سامانه پیشرفته مبتنی بر هوش مصنوعی را طراحی نمودهاند که هدف آن شبیهسازی حس بویایی انسان برای شناسایی و ردیابی گازهای مضر بهطور فوری است.
این سیستم با به کارگیری شبکههای عصبی مصنوعی پیشرفته و یک شبکه از حسگرها، قادر به شناسایی سریع منابع گازهای مضر مانند دی اکسید نیتروژن (NO2) است که میتوانند تهدیدات جدی برای سلامت تنفسی به همراه داشته باشند.
ساینسدیلی به نقل از سازمان بهداشت جهانی اشاره میکند که آلودگی ناشی از هوای بیرونی، شامل دیاکسید نیتروژن، باعث حدود ۴.۲ میلیون مرگ زودرس سالانه در سطح جهانی میشود که اکثراً به دلیل بیماریهای تنفسی از جمله آسم و بیماری انسدادی ریه مزمن (COPD) است.
شبیهسازی حس بویایی انسان با حسگرهای مبتنی بر گرافن
این سامانه نوآورانه از جزایر نانویی کاتالیزورهای فلزی که بر روی سطوح گرافن قرار دارند، بهره میبرد. بهعنوان یک بینی مصنوعی عمل میکند و نسبت به مولکولهای گازهای سمی واکنش نشان میدهد. اتصال مولکولهای دی اکسید نیتروژن به گرافن منجر به تغییر در رسانایی حسگر میشود و بدین ترتیب سیستم میتواند نشت گاز را با دقت بسیار بالا شناسایی کند.
یونگ مین باک (Yongmin Baek)، پژوهشگر فعال در بخش مهندسی الکتریسیته و کامپیوتر، که رهبری تحقیقات و توسعه حسگرها را بر عهده دارد، بیان میکند: جزایر نانویی کاتالیزورهای فلزی به شکل خوشههای کوچکی از ذرات فلزی هستند که بر روی سطح گرافن رسوب میکنند و با افزایش سطح تماس برای تعامل بهتر با مولکولهای گاز، واکنشهای شیمیایی را تسهیل کرده و قابلیت تشخیص دقیق گازهای سمی را ممکن میسازند.
کیوسانگ لی (Kyusang Lee)، دانشیار در رشتههای مهندسی الکتریسیته و رایانه و علم مواد و از فعالان اصلی این پروژه، مطرح میکند: با ترکیب هوش مصنوعی و حسگرهای پیشرفته گاز، میتوانیم نشت گازها را با دقتی غیرقابل مقایسه شناسایی کنیم، حتی در محیطهای بزرگ یا پیچیده. حسگرهای بویایی مصنوعی قادر به شناسایی تغییرات جزئی در غلظت گاز بوده و این اطلاعات را به سامانه محاسباتی نزدیک به حسگر منتقل میکنند که از الگوریتمهای یادگیری ماشین برای پیشبینی منبع نشت استفاده میکند.
بهینهسازی قرارگیری حسگر توسط شبکه عصبی
شبکه عصبی مصنوعی موجود در این سیستم، بهصورت آنی دادههای حسگرها را تحلیل میکند.
سیستم مبتنی بر هوش مصنوعی این قابلیت را دارد که با نظارت مستمر بر کیفیت هوا در محیطهای صنعتی، مناطق شهری و حتی ساختمانهای مسکونی، سطح ایمنی را افزایش دهد. این امر پیشرفتی بزرگ در راستای جلوگیری از خطرات بهداشتی بلندمدت و حفاظت از محیط زیست محسوب میشود.