Тайны запаха и вкуса

Запахи, их воздействие на человека и умение жрецов и алхимиков изготавливать душистые и исцеляющие снадобья всю историю человечества были окружены ореолом таинственности и наукой исследовались недостаточно полно. Природа химических чувств по сей день весьма загадочна. В её исследовании так или иначе сталкиваются индивидуальные особенности и возможности человека с объективными данными и выводами, необходимыми науке. Может быть, поэтому многие годы осуществлялись лишь отдельные попытки решения проблем объективного распознавания запахов. Я не зря подчёркиваю слово «объективного». Потому что, как, надеюсь, вы помните, никакие данные существующих биолокаторов, или данные живых существ, не могут считаться истиной в последней инстанции. Все люди по-разному воспринимают ароматы. Каждую собаку-ищейку могут сбить с толку тысячи случайностей… Каков же выход? Только один: нужен искусственный аппарат, прибор, лишённый эмоций и не зависящий от внешних или внутренних факторов, способный различать запахи и давать исследователю однозначные ответы.

Подобные требования были понятны и известны всем. Но как их воплотить в конкретном приборе, когда, строго говоря, мы не совсем представляем себе природу того, что ищем?

Успехи электроники в области техники оптических и слуховых устройств конца XX века не могли обойти стороной и моделирование таких ощущений, как запах и вкус.

Дело в том, что электронное устройство в принципе может решить массу проблем, которые существуют даже для специально обученных и тренированных людей. Например, каждый живой нос имеет свои индивидуальные параметры, которые как-то влияют на его обоняние. При долгой работе любой человек-«нюхач» (как и собака-ищейка) устаёт. Его обоняние адаптируется к запаху, притупляется.

Да и в любом состоянии чувствительность к запаху зависит от физического состояния (начиная от здоровья «нюхача», его настроения и душевного настроя). Всё это влияет на субъективность в оценках исследуемого запаха и вкуса. «Электронный же нос» неутомим. Он не подвержен простуде и настроению, и два, три, десять и сто одинаково настроенных электронных приборов, анализируя один и тот же запах или вкус, будут давать единый результат.

Среди инженеров-разработчиков давно существует убеждение, что в принципе электронное устройство может и должно превосходить возможности существующих биологических анализаторов. Всё дело в создании избирательных приборов. А их свойства зависят от технологии (в частности, от нанотехнологии).

Немного о названии

В 1980 году исследователи английского университета Вар-вика в Ковентри впервые всё же отобрали наиболее часто встречающиеся запахи и предложили «линейку сенсоров» для их детектирования. Получились, может быть, и не совсем основные ароматы (как, скажем, чистые цвета спектра или ноты — до, ре, ми, фа, соль, ля, си), но их анализаторы выделяли запахи, которые входили во многие другие букеты.

Новые технологии позволили синтезировать и создать вещества, которые из букета запахов избирали всё больше отдельных ароматов и реагировали только на те, на которые были настроены. Это означало улучшение избирательности — главной трудности синтетических сенсоров.

Придумали и новый подход для анализа ароматов. Если раньше разработчики старались выдёргивать из «душистого букета» по цветочку и каждый исследовали по отдельности, последовательно друг за другом, то теперь стали сразу исследовать весь «образ запаха» множеством по-разному настроенных сенсоров одновременно. Такой мультисенсорный подход оказался весьма плодотворным. И эта идея позволила создать новый тип искусственных аналитических систем.

Кстати, название новому направлению работ дали тоже специалисты университета Варвика. Они решили по аналогии с носом человека назвать его «электронным носом» или «Е-nose». Название укоренилось, и в настоящее время, когда за разработку новых устройств взялись многие солидные фирмы, является общепризнанным.

Сенсорные технологии

Главным препятствием для разработчиков первых моделей «электронного носа» являлась всё-таки неважная избирательность имеющихся синтетических сенсоров, их технологическое несовершенство. Это положение качественно изменилось в конце 1980-х годов.

Ещё в самом начале десятилетия в печати появились сообщения о разработке керамического сверхпроводящего материала (на основе оксидов ряда металлов), годного для анализа газов. Раньше других в качестве первичных приёмников были использованы металлооксидные сплавы. Эти ранние и достаточно несовершенные разработки позволили возникнуть нескольким коммерческим проектам, а следовательно, и получить финансирование. «Металлооксидные детекторы» применили для первых моделей электронных анализаторов. Конечно, у них имелось много недостатков. Но благодаря относительно простой технологии изготовления, низкой стоимости и коммерческой доступности именно этот тип детекторов получил вначале наиболее широкое распространение.