Elektronické nosy dokážu cítiť 10-krát lepšie ako ľudské nosy. Pozrime sa, ako funguje a aká je jej budúcnosť.


Niekto vojde do dverí kaviarne a zacíti nerozoznateľnú horkú vôňu kávy. Rýchlo si však uvedomí, že ide o zrnkovú kávu Blue Mountain z Jamajky. Kto je táto osoba, ktorá dokáže identifikovať druh kávy v takom krátkom čase? Bežná odpoveď je barista, ale v tomto prípade je jeho identitou elektrický nos. Elektrický nos je elektronické zariadenie, ktoré napodobňuje ľudský čuch a používa sa na rozlišovanie rôznych vôní a analýzu ich zloženia. Doteraz kamery a záznamové zariadenia zaznamenávali ľudský zrak a sluch ako elektrické signály. Nástup elektronických nosov znamená, že nastal čas, keď aj ľudský čuch možno zaznamenať ako elektrický signál.

Elektronický nos napodobňuje spôsob, akým ľudia vnímajú pachy. Proces ľudského čuchového vnímania pozostáva z troch hlavných krokov. Najprv sa čuchový receptor naviaže na molekulu vône, potom sa táto väzba prenesie do mozgu ako elektrický signál a nakoniec mozog signál analyzuje a rozpozná vôňu. V nose sa nachádza približne 390 čuchových receptorov, ktoré sú prvým krokom pri rozpoznávaní pachu. Čo by sa stalo, keby jeden čuchový receptor dokázal naviazať len jednu molekulu pachu? Boli by sme obmedzení len na 390 rôznych pachov! Preto, aby sme mohli cítiť rôzne pachy, musí byť jeden čuchový receptor schopný viazať viac podobných pachových molekúl. Na rozlíšenie rôznych molekúl vysiela čuchový receptor do mozgu elektrické signály s rôznou silou v závislosti od typu naviazanej molekuly. Mozog potom vytvorí z rôznych elektrických signálov z rôznych čuchových receptorov mozaiku a vníma ju ako jeden pach. Vďaka tomuto súboru procesov dokáže človek rozlíšiť viac ako 10 000 rôznych pachov.

Elektronické nosy obsahujú rôzne technológie na napodobnenie ľudského čuchu. Predovšetkým doteraz vyvinuté elektronické nosy využívajú rovnaké čuchové receptory a molekuly pachov ako ľudský nos. Predtým sa elektronické čuchové receptory používali z dôvodu zachovania receptorov. V posledných rokoch však výskumníci aktívne pracujú na elektronických nosoch, ktoré používajú skutočné ľudské čuchové receptory na reprodukciu ľudského čuchu. Ľudské čuchové receptorové bunky však majú významnú nevýhodu: ich životnosť je len približne 60 dní. Preto je potrebné, aby bolo možné vypestovať veľký počet buniek čuchových receptorov v krátkom čase, a práve tu prichádza na rad transgénna technológia. Technológia genetickej rekombinácie je technika, pri ktorej sa gény buniek, ktoré chcete získať, vystrihnú z DNA buniek a vložia sa do DNA bunky, ktorá sa rýchlo replikuje, takže môžete rýchlo vypestovať veľké množstvo požadovaných buniek. Pri tejto technike sa bežne používa E. coli, aby sa využila jej obrovská rýchlosť replikácie DNA. Každých 20 minút sa E. coli delí, čím zdvojnásobí svoje gény DNA, čo je veľmi rýchle, a už po 2 hodinách a 20 minútach je DNA viac ako 1000-násobne väčšia ako pôvodná. Prostredníctvom genetickej rekombinácie v E. coli by bolo možné získať čuchové receptory rýchlo a vo veľkom množstve. To umožnilo elektronickému nosu prekonať krátkodobosť čuchových receptorov.

Tak ako sa čuchové receptory v ľudskom tele viažu na molekuly pachov a posielajú elektrické signály do mozgu prostredníctvom vodičov nazývaných nervové bunky, elektronický nos potrebuje materiály, ktoré môžu fungovať ako vodiče. Uhlíkové nanorúrky, vodivé polymérové nanorúrky a mikroelektródové polia (MEA) sú niektoré z materiálov, ktoré to dokážu, pričom uhlíkové nanorúrky sú najaktívnejšie skúmané. Uhlíkové nanorúrky sú mikroskopické trubičky s priemerom približne 1 nm, ktoré sú tvorené jednou vrstvou uhlíka, vďaka ktorej sú vodivé. V elektronickom nose sú čuchové receptory pripevnené k uhlíkovým nanorúrkam, takže elektrické signály vysielané receptormi môžu putovať pozdĺž uhlíkových nanorúrok k senzorom, ktoré analyzujú elektrické signály.

Doteraz boli úspešne sériovo vyrobené len dva čuchové receptory: jeden, ktorý detekuje banánovú vôňu, a druhý, ktorý detekuje kyslú vôňu. Analýza zložitých vzorcov elektrických signálov z rôznych čuchových receptorov preto ešte nie je dobre pochopená. Ak bude k dispozícii technológia na hromadnú výrobu väčšieho množstva čuchových receptorov, myslím si, že tento výskum bude mať zásadný význam. V tejto oblasti je nevyhnutné zaviesť technológiu umelej inteligencie, pretože je potrebné syntetizovať rôzne typy elektrických signálov a rozpoznávať ich ako vzory. Ak sa nám podarí zhromaždiť údaje o tom, že určité kombinácie elektrických signálov vyvolávajú určité pachy, elektronické nosy budú schopné rozoznať väčšinu pachov.

V súčasnosti dokážu elektronické nosy čuchať viac ako 10-krát lepšie ako ľudský nos. Preto môžu elektronické nosy významne prispieť k podnikom, ktoré využívajú vôňu kávy, parfumov, vína atď. Môže sa použiť aj na detekciu škodlivých látok alebo jedov, ktoré človek nemôže cítiť priamo. Môžu tiež ukladať pachy ako elektrické signály, čo bude hrať kľúčovú úlohu pri vývoji kontextovo citlivých televízorov. Okrem toho sa očakáva, že sa bude aktívne využívať v lekárskom priemysle, napríklad na diagnostikovanie rakoviny pľúc meraním zápachu vydychovaného dychu človeka. Keďže elektronické nosy začínajú cítiť vôňu, prichádza nová paradigma čuchu.