На пути к бионике - [47]

В Роттердаме (Голландия) закончился первый этап разработки автоматической системы оповещения о загрязнении воздуха. Она состоит из 31 электрической "ноздри", которые размещаются близ больших промышленных предприятий и контролируют содержание двуокиси серы (сернистого ангидрида) в воздухе. Как только содержание двуокиси серы превышает допустимый предел, компьютер*, к которому подключена установка, дает сигнал и на электронной карте точно указывается местонахождение завода, виновного в загрязнении воздуха.

* (Компьютер - специализированная электронная вычислительная машина.)

Разработано еще несколько разновидностей так называемых искусственных носов, работающих на различных принципах. Однако все они, как и упомянутые выше, отнюдь не являются бионическими системами. В сущности, эти устройства представляют собой довольно чувствительные, но весьма громоздкие газоанализаторы, отличные как по структуре, так и по принципам работы*, по избирательности, быстродействию от органов обоняния, созданных живой природой. Достаточно сказать, что прибор, способный методом газо-жидкостной хроматографии проанализировать запах земляники, имеет спираль из стеклянной трубки длиной 120 метров. Для его работы необходим также термостат с программным управлением. Анализ занимает около часа, после чего требуется разборка, промывка и перезарядка аппарата.

* (Эти системы, как правило, используют метод последовательного анализа в отличие от биологических систем, осуществляющих параллельный анализ пахучих веществ.)

Одним из первых над созданием бионического аппарата, копирующего работу органов обоняния, начал трудиться американский профессор Эндрю Дрэвникс. Ученый задался целью построить "электронный нос" для медицинской диагностики. Дело в том, что для некоторых заболеваний характерен особый запах, связанный, очевидно, с нарушением химического баланса в теле больного. "Электронный нос" должен уметь обнаруживать, дифференцировать и узнавать специфические запахи, характерные для той или иной болезни, абсолютно точно, причем обонятельным способностям такого устройства должны быть чужды такие явления, как утомляемость, адаптация.

Поскольку носителями запахов являются пары органических веществ, Дрэвникс решил построить модель искусственного носа, используя эффект изменения контактного потенциала под воздействием пахучих веществ. Несмотря на то что химико-электрический процесс, лежащий в основе действия созданного аппарата, довольно сложен, его конструкция получилась относительно простой. Представленное на рис. 10 сенсорное устройство состоит из четырех неподвижных золотых электродов и вращающегося золотого гребка-лопатки, помещенных под стеклянный колпак, в который поступает пахучая смесь. Неподвижные пластины покрыты различными адсорбентами и подключены к контактам переключателя, движок которого вращается синхронно с гребком-лопаткой. В зависимости от изменения контактного потенциала под воздействием пахучих веществ меняется ток через сопротивление R и, следовательно, напряжение на нем, подающееся на осциллографе. Когда в сенсорной камере нет запахов, на экране видна прямая линия. При появлении запаха на экране возникают типичные волны. По форме волны и величине ее гребней и впадин можно судить о том, какое пахучее вещество и в какой концентрации находится в воздухе.

Рис. 10. Принципиальная схема модели 'электронного носа', созданного доктором Э. Дрэвниксом

Пользуясь "электронным носом", Дрэвникс на протяжении последних лет проводит большую исследовательскую работу в надежде найти точный метод диагностики различных заболеваний по запаху. Исследуемого пациента помещают в стеклянный ящик, в который непрерывно вводят воздух определенного состава. Отработанная смесь паров и газов подвергается анализу, в ходе которого определяют химические вещества, выделенные больным. Пока их обнаружено 24. Сейчас профессор Дрэвникс пытается установить, какие из этих веществ свойственны здоровому человеку, какие и при каких концентрациях являются спутниками различных заболеваний.

Рис. 11. Принципиальная схема модели 'электрического носа' Р. Монкрифа: а - колба с раствором пахучего вещества; б - вход пахучей смеси; в - увлажнитель; г - перфорированная металлическая трубка; д - блок термосопротивлений; е - расходомер; ж - устройство для сглаживания пульсации; з - воздушный насос

Прибор для распознавания запахов различных веществ и определения их концентрации разработал также шотландский ученый Р. Монкриф. При его создании он использовал три явления: способность тонких пористых пленок различного состава избирательно поглощать (адсорбировать) те или иные пахучие вещества, выделение тепла при адсорбции этими пленками пахучих веществ, свойство полупроводниковых резисторов* менять сопротивление при изменении температуры.

* (Резистор - элемент радио- или электрической цепи, обладающей заметным омическим сопротивлением.)

Основа прибора - несколько одинаковых маленьких камер, подключенных параллельно к устройству, продувающему через них пахучую смесь, которая предварительно увлажняется, так же как увлажняется воздух в носовой полости. В каждой камере помещены два одинаковых полупроводниковых резистора (терморезистора), один из которых покрыт адсорбирующей пленкой (естественно, материалы пленки выбраны различными для всех камер). Терморезисторы включены в смежные плечи обычного моста Уитстона. Изменения окружающей температуры действуют одинаково на оба терморезистора, и мост остается сбалансированным. Адсорбция же пахучего вещества вызывает нагрев (и изменение сопротивления) только того резистора, который покрыт адсорбирующей пленкой. Баланс моста нарушается, и в его диагонали появляется электрический сигнал. Усиленные сигналы измеряются милли - или микроамперметром и одновременно подаются в записывающее устройство. Зная, к какому химическому веществу чувствительна та или иная камера, можно по номеру канала, в котором появился сигнал, определить состав пахучей смеси, а по величине сигнала - ее концентрацию.