‘จมูกอิเล็กทรอนิกส์’ รุ่นใหม่ ดมกลิ่นเก่งเหมือนจมูกคน ให้ AI ถอดรหัสว่ากลิ่นอะไร ดมโรค ก๊าซพิษ และความสดของอาหารได้

จมูกมนุษย์มีตัวรับกลิ่นอยู่ไม่กี่ร้อยชนิด แต่กลับแยกแยะกลิ่นได้เป็นหมื่น ๆ กลิ่น ความมหัศจรรย์ตรงนี้เองที่ทีมวิจัยจากเกาหลีใต้หยิบมาเป็นต้นแบบ พร้อมวางแผนที่ทางเทคโนโลยีเพื่อพา 'จมูกอิเล็กทรอนิกส์' ไปให้ถึงจุดเดียวกัน คือดมกลิ่นเก่งเหมือนจมูกคน แล้วให้ AI เป็นตัวถอดรหัสว่ากลิ่นที่เจอคือกลิ่นอะไร

ทีมวิจัยจาก Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) นำโดย Hyuk-Jun Kwon อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ ได้เผยแพร่งานวิจัยชิ้นนี้ในวารสาร Progress in Materials Science โดยรวบรวมและจัดระเบียบทิศทางงานวิจัยสำคัญของเทคโนโลยีจมูกอิเล็กทรอนิกส์ไว้อย่างเป็นระบบ ตั้งแต่การออกแบบวัสดุประเภท Metal-Organic Framework (MOF) ไปจนถึงการสร้างเซนเซอร์ และการให้ AI เรียนรู้จดจำรูปแบบของกลิ่น

จมูกอิเล็กทรอนิกส์คืออะไร แล้วทำไมของเดิมถึงยังไปไม่สุด

จมูกอิเล็กทรอนิกส์ หรือที่เรียกกันว่า electronic nose (e-nose) คือเทคโนโลยีที่ให้ AI เรียนรู้และวิเคราะห์รูปแบบสัญญาณที่เกิดขึ้น เมื่อเซนเซอร์หลายตัวทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของกลิ่น ศักยภาพของมันกว้างมาก ตั้งแต่งานความปลอดภัยด้านอาหาร การเฝ้าระวังมลพิษในสิ่งแวดล้อม การตรวจจับก๊าซอันตราย ไปจนถึงการวินิจฉัยโรค

แต่ปัญหาที่ทำให้เทคโนโลยีนี้ยังไปไม่สุด อยู่ที่ตัววัสดุเซนเซอร์แบบเดิม ที่ยังติดข้อจำกัดทั้งเรื่องความจำเพาะในการเลือกจับกลิ่น (selectivity) ความเร็วในการตอบสนอง และเงื่อนไขการทำงานที่ยังยุ่งยาก ทีมวิจัยจึงมองไปที่ MOF ในฐานะวัสดุที่จะเข้ามาปลดล็อกข้อจำกัดเหล่านี้

MOF วัสดุพรุนที่ดัดแปลงได้ตามใจ ตัวเปลี่ยนเกมของเซนเซอร์กลิ่น

MOF เป็นวัสดุที่มีรูพรุน เกิดจากการนำไอออนของโลหะมาจับกับสารประกอบอินทรีย์ จุดเด่นคือรูพรุนขนาดจิ๋วเหล่านี้ดูดซับโมเลกุลของกลิ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ และที่สำคัญกว่านั้นคือโครงสร้างและคุณสมบัติทางเคมีของมันสามารถดัดแปลงให้เหมาะกับงานแต่ละแบบได้ ทำให้มันตรวจจับกลิ่นได้หลากหลายอย่างละเอียดอ่อน แม้จะทำงานที่อุณหภูมิห้องและใช้พลังงานต่ำ คุณสมบัติชุดนี้เองที่ทำให้ MOF ถูกยกให้เป็นวัสดุเซนเซอร์แห่งอนาคต

ทีมวิจัยแบ่งเทคโนโลยีจมูกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ MOF ออกเป็นสามกลุ่ม กลุ่มแรกคือ MOF ตัวพื้นฐานที่ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มหลัก ด้วยความพรุนและโครงสร้างที่ปรับแต่งได้ ส่วนอีกสองกลุ่มคือ MOF-composite และ MOF-derivative เข้ามาช่วยเสริมทั้งความไว ความเสถียร และความจำเพาะในการจับกลิ่น เมื่อนำวัสดุเหล่านี้ไปจับคู่กับเทคนิควิเคราะห์อย่าง Machine Learning และ Deep Learning ก็จะจำแนกและตีความสัญญาณกลิ่นที่ซับซ้อนได้แม่นยำขึ้นอีกขั้น

ยืมหลักการมาจากจมูกมนุษย์โดยตรง

สิ่งที่ทำให้งานวิจัยชิ้นนี้น่าสนใจ คือการอธิบายเทคโนโลยีจมูกอิเล็กทรอนิกส์ผ่านหลักการทำงานของจมูกมนุษย์ เหตุผลที่คนเราแยกกลิ่นได้นับไม่ถ้วนทั้งที่มีตัวรับกลิ่นจำกัด เป็นเพราะกลิ่นหนึ่งกลิ่นจะไปกระตุ้นตัวรับหลายตัวพร้อมกัน จนเกิดเป็นชุดสัญญาณเฉพาะตัวขึ้นมา ทีมวิจัยหยิบหลักการที่เรียกว่า 'การเข้ารหัสแบบผสมผสาน' (combinatorial coding) นี้มาใช้ โดยนำเสนอชุดเซนเซอร์ MOF ที่แต่ละตัวตอบสนองต่อกลิ่นต่างกัน ควบคู่ไปกับกลยุทธ์การวิเคราะห์สัญญาณด้วย AI

"MOF เปรียบเหมือนคลังวัสดุที่แทบไม่มีขีดจำกัด เราออกแบบให้มันตอบสนองต่อกลิ่นแต่ละชนิดได้แตกต่างกัน ไม่ต่างจากตัวรับกลิ่นของมนุษย์" คุณ Hyuk-Jun อธิบาย พร้อมเสริมว่างานวิจัยชิ้นนี้มีความสำคัญตรงที่ 'เชื่อมช่องว่างระหว่างงานวิจัยด้านวัสดุกับงานวิจัยด้านการรู้จำกลิ่นด้วย AI เข้าด้วยกัน' และวางแผนที่สำหรับการพัฒนาจมูกอิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานเฉพาะทาง

เซนเซอร์ตัวนี้จะไปโผล่ที่ไหนได้บ้าง

ทีมวิจัยคาดว่าจมูกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ MOF จะขยายไปสู่การใช้งานได้กว้างขึ้นในอนาคต ทั้งงานด้านสุขภาพอย่างการวินิจฉัยโรค การเฝ้าระวังคุณภาพอากาศและความปลอดภัยในภาคอุตสาหกรรม การเกษตรอัจฉริยะ ไปจนถึงเทคโนโลยีการรับรู้ทางเคมีสำหรับยานยนต์ไร้คนขับและหุ่นยนต์

งานวิจัยชิ้นนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Progress in Materials Science ภายใต้ชื่อ Biomimetic artificial olfactory systems based on metal-organic frameworks: from material design to intelligent pattern recognition โดยมี Hyungtae Lim นักศึกษาระดับปริญญาโท-เอกของ DGIST เป็นผู้เขียนหลัก และ Hyuk-Jun Kwon เป็นผู้เขียนหลักในฐานะ corresponding author

ที่มา: phys.org

ลงทะเบียนเข้าสู่ระบบ เพื่ออ่านบทความฟรีไม่จำกัด

No comment

RELATED ARTICLE

Responsive image

Perplexity เปิดตัว Teammates เพื่อนร่วมทีม AI ที่คิดงานต่อเอง ทำงานต่อเนื่องจากในทีมได้เลย ตั้งแต่การตลาด งานขาย ไปจนถึงงานปฏิบัติการ

Perplexity เปิดตัว Teammates เอเจนต์ AI ที่รับผิดชอบงานต่อเนื่อง วางแผน เฝ้าดูงาน และตามต่อเองโดยไม่ต้องรอคำสั่ง ทำงานใน Slack ส่งงานต่อกันได้ เปิดให้สมาชิก Max บนเว็บแล้ว...

Responsive image

Geoffrey Hinton เจ้าพ่อ AI ยอมรับ บางทีโลกอาจดีกว่านี้ ถ้าเราไม่เคยสร้าง AI ขึ้นมา

โลกอาจดีกว่านี้ถ้าเราไม่เคยสร้างมันขึ้นมา เจาะลึกคำเตือนสะเทือนโลกจาก Geoffrey Hinton เจ้าพ่อ AI...

Responsive image

พนักงานขอไม่ใช้ AI ทำงาน เพราะ ‘ขัดกับความเชื่อของตัวเอง’ ไม่ได้นับถือพระเจ้า แต่ใช้กฎหมายเสรีภาพทางศาสนา จนองค์กรยอม

พนักงานมหาวิทยาลัยเคนทักกีได้รับอนุมัติให้ทำงานโดยไม่ใช้ AI หลังยื่นขอยกเว้นด้วยความเชื่อแบบมนุษยนิยม ตามกฎหมายเสรีภาพทางศาสนาของสหรัฐฯ ช่องทางใหม่ที่คนทำงานเริ่มหยิบมาใช้...