Οι ηλεκτρονικές μύτες μπορούν να μυρίζουν 10 φορές καλύτερα από τις ανθρώπινες μύτες. Ας ρίξουμε μια ματιά στο πώς λειτουργεί και τι επιφυλάσσει το μέλλον.


Κάποιος περνάει την πόρτα μιας καφετέριας και μυρίζει ένα αγνώριστο, πικρό άρωμα καφέ. Ωστόσο, γρήγορα συνειδητοποιεί ότι ο καφές είναι κόκκοι Blue Mountain από την Τζαμάικα. Ποιο είναι αυτό το άτομο που μπορεί να αναγνωρίσει το είδος του καφέ σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα; Μια συνηθισμένη απάντηση είναι ένας barista, αλλά εδώ η ταυτότητά του είναι μια ηλεκτρική μύτη. Η ηλεκτρική μύτη είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που μιμείται την ανθρώπινη αίσθηση της όσφρησης και χρησιμοποιείται για τη διάκριση μεταξύ διαφορετικών οσμών και την ανάλυση της σύνθεσής τους. Μέχρι τώρα, οι κάμερες και οι καταγραφείς κατέγραφαν την ανθρώπινη όραση και ακοή ως ηλεκτρικά σήματα. Η έλευση των ηλεκτρονικών μυτών σημαίνει ότι έχει έρθει η ώρα που ακόμη και η ανθρώπινη αίσθηση της όσφρησης θα μπορεί να καταγράφεται ως ηλεκτρικό σήμα.

Η ηλεκτρονική μύτη μιμείται τον τρόπο με τον οποίο ο άνθρωπος αντιλαμβάνεται τις οσμές. Η διαδικασία της ανθρώπινης οσφρητικής αντίληψης αποτελείται από τρία βασικά βήματα. Πρώτον, ο οσφρητικός υποδοχέας συνδέεται με το μόριο της οσμής, στη συνέχεια, αυτή η σύνδεση μεταδίδεται στον εγκέφαλο ως ηλεκτρικό σήμα και, τέλος, ο εγκέφαλος αναλύει το σήμα και αναγνωρίζει την οσμή. Υπάρχουν περίπου 390 οσφρητικοί υποδοχείς στη μύτη, οι οποίοι αποτελούν το πρώτο βήμα για την αναγνώριση μιας οσμής. Τι θα συνέβαινε αν ένας μόνο οσφρητικός υποδοχέας μπορούσε να δεσμεύσει μόνο ένα μόριο οσμής; Θα περιοριζόμασταν σε 390 διαφορετικές οσμές! Επομένως, για να μυρίσουμε μια ποικιλία οσμών, ένας μόνο οσφρητικός υποδοχέας πρέπει να μπορεί να δεσμεύει πολλαπλά παρόμοια μόρια οσμών. Για να διακρίνει μεταξύ των διαφορετικών μορίων, ο οσφρητικός υποδοχέας στέλνει ηλεκτρικά σήματα στον εγκέφαλο με διαφορετική ισχύ ανάλογα με τον τύπο του μορίου που δεσμεύεται. Στη συνέχεια, ο εγκέφαλος διαμορφώνει τα διαφορετικά ηλεκτρικά σήματα από τους διαφορετικούς οσφρητικούς υποδοχείς σε ένα μωσαϊκό και αντιλαμβάνεται το μοτίβο ως μία ενιαία οσμή. Μέσω αυτής της σειράς διαδικασιών, ο άνθρωπος μπορεί να διακρίνει περισσότερες από 10.000 διαφορετικές οσμές.

Οι ηλεκτρονικές μύτες ενσωματώνουν μια ποικιλία τεχνολογιών για να μιμηθούν την ανθρώπινη αίσθηση της όσφρησης. Πρώτα απ' όλα, οι ηλεκτρονικές μύτες που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα χρησιμοποιούν τους ίδιους οσφρητικούς υποδοχείς και τα ίδια μόρια οσμών με την ανθρώπινη μύτη. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν ηλεκτρονικοί οσφρητικοί υποδοχείς λόγω της διατήρησης των υποδοχέων. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές εργάζονται ενεργά πάνω σε ηλεκτρονικές μύτες που χρησιμοποιούν πραγματικά ανθρώπινα κύτταρα οσφρητικών υποδοχέων για την αναπαραγωγή της ανθρώπινης όσφρησης. Ωστόσο, τα ανθρώπινα κύτταρα οσφρητικών υποδοχέων έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα: η διάρκεια ζωής τους είναι μόνο περίπου 60 ημέρες. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να μπορεί να αναπτυχθεί μεγάλος αριθμός κυττάρων οσφρητικών υποδοχέων σε σύντομο χρονικό διάστημα, και σε αυτό το σημείο έρχεται η διαγονιδιακή τεχνολογία. Η τεχνολογία γενετικού ανασυνδυασμού είναι μια τεχνική κατά την οποία τα γονίδια των κυττάρων που θέλετε να αποκτήσετε κόβονται από το DNA των κυττάρων και εισάγονται στο DNA ενός κυττάρου που αναπαράγεται γρήγορα, έτσι ώστε να μπορείτε να καλλιεργήσετε γρήγορα μεγάλες ποσότητες των επιθυμητών κυττάρων. Το E. coli χρησιμοποιείται συνήθως σε αυτή την τεχνική για να εκμεταλλευτεί τον τεράστιο ρυθμό αντιγραφής του DNA του. Κάθε 20 λεπτά, το E. coli διαιρείται για να διπλασιάσει τα γονίδια του DNA του, πράγμα πολύ γρήγορο, και μετά από μόλις 2 ώρες και 20 λεπτά, το DNA είναι περισσότερο από 1000 φορές μεγαλύτερο από το αρχικό. Μέσω του γενετικού ανασυνδυασμού στο E. coli, οι οσφρητικοί υποδοχείς θα μπορούσαν να ληφθούν γρήγορα και σε μεγάλες ποσότητες. Αυτό επέτρεψε στην ηλεκτρονική μύτη να ξεπεράσει τη βραχύβια φύση των οσφρητικών υποδοχέων.

Ακριβώς όπως οι οσφρητικοί υποδοχείς στο ανθρώπινο σώμα συνδέονται με μόρια οσμών και στέλνουν ηλεκτρικά σήματα στον εγκέφαλο μέσω καλωδίων που ονομάζονται νευρικά κύτταρα, η ηλεκτρονική μύτη χρειάζεται υλικά που μπορούν να λειτουργήσουν ως καλώδια. Οι νανοσωλήνες άνθρακα, οι αγώγιμοι πολυμερείς νανοσωλήνες και οι συστοιχίες μικροηλεκτροδίων (MEA) είναι μερικά από τα υλικά που μπορούν να το κάνουν αυτό, με τους νανοσωλήνες άνθρακα να είναι τα πιο ενεργά μελετημένα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι μικροσκοπικοί σωλήνες με διάμετρο περίπου 1 nm, οι οποίοι αποτελούνται από ένα μόνο στρώμα άνθρακα που τους καθιστά αγώγιμους. Στην ηλεκτρονική μύτη, οι οσφρητικοί υποδοχείς είναι συνδεδεμένοι με τους νανοσωλήνες άνθρακα, έτσι ώστε τα ηλεκτρικά σήματα που στέλνουν οι υποδοχείς να μπορούν να ταξιδεύουν κατά μήκος των νανοσωλήνων άνθρακα στους αισθητήρες που αναλύουν τα ηλεκτρικά σήματα.

Μέχρι σήμερα, μόνο δύο οσφρητικοί υποδοχείς έχουν παραχθεί επιτυχώς μαζικά: ένας που ανιχνεύει το άρωμα της μπανάνας και ένας που ανιχνεύει το ξινό άρωμα. Ως εκ τούτου, η ανάλυση των πολύπλοκων μοτίβων των ηλεκτρικών σημάτων από διαφορετικούς οσφρητικούς υποδοχείς δεν είναι ακόμη καλά κατανοητή. Εάν η τεχνολογία για τη μαζική παραγωγή μιας ευρύτερης ποικιλίας οσφρητικών υποδοχέων γίνει διαθέσιμη, πιστεύω ότι αυτή η έρευνα θα είναι απαραίτητη. Σε αυτόν τον τομέα, η εισαγωγή της τεχνολογίας τεχνητής νοημοσύνης (ΤΝ) είναι απαραίτητη, διότι είναι απαραίτητο να συνθέσουμε διάφορους τύπους ηλεκτρικών σημάτων και να τα αναγνωρίσουμε ως μοτίβα. Εάν μπορέσουμε να συγκεντρώσουμε δεδομένα ότι ορισμένοι συνδυασμοί ηλεκτρικών σημάτων παράγουν συγκεκριμένες οσμές, οι ηλεκτρονικές μύτες θα είναι σε θέση να διακρίνουν τις περισσότερες οσμές.

Επί του παρόντος, οι ηλεκτρονικές μύτες μπορούν να μυρίζουν περισσότερο από 10 φορές καλύτερα από την ανθρώπινη μύτη. Ως εκ τούτου, οι ηλεκτρονικές μύτες μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στις επιχειρήσεις που χρησιμοποιούν την οσμή του καφέ, του αρώματος, του κρασιού κ.λπ. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση βλαβερών ουσιών ή δηλητηρίων που ο άνθρωπος δεν μπορεί να μυρίσει άμεσα. Μπορούν επίσης να αποθηκεύουν τις οσμές ως ηλεκτρικά σήματα, τα οποία θα διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην ανάπτυξη τηλεοράσεων με ευαισθησία στο πλαίσιο. Επιπλέον, αναμένεται να χρησιμοποιηθεί ενεργά στην ιατρική βιομηχανία, όπως η διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα με τη μέτρηση της οσμής της εκπνεόμενης αναπνοής ενός ατόμου. Καθώς οι ηλεκτρονικές μύτες αρχίζουν να μυρίζουν, έρχεται ένα νέο παράδειγμα όσφρησης.