Биогибридный «компьютерный нос», превосходящий аналоги по чувствительности более чем в миллион раз, создали ученые ЮФУ. По их словам, разработка, ориентированная на применение в системах безопасности, также отличается низкой стоимостью и высокой скоростью работы. Результаты опубликованы в «Журнале аналитической химии».
Большинство млекопитающих, по словам ученых, относится к так называемым макросматикам – животным с высокоразвитым обонянием. Эти виды способны различать в воздухе чрезвычайно малые концентрации веществ.

Данная особенность сегодня широко используется при обеспечении безопасности, однако эффективность специально тренированных животных часто оказывается низкой из-за их поведенческих особенностей, физиологического состояния и ряда психологических факторов при взаимодействии с людьми.
Команда ученых Южного федерального университета (ЮФУ) создала биогибридную систему, позволяющую интегрировать животное в компьютерное распознавание запахов для поиска запрещенных веществ и проверки грузов.

Разработка, основанная на малоинвазивных имплантатах и нейросетях, превосходит лучшие аналоги по чувствительности более чем в миллион раз, подчеркнули авторы, а «натаскать» ее на любое новое вещество можно всего за полчаса.
«
«Мы создали сверхчувствительную систему, состоящую из животного, в обонятельную луковицу которого вживлена матрица микроэлектродов. Также система включает усилитель биологических сигналов, аналого-цифровой преобразователь и специальное программное обеспечение на основе большого набора нейросетей», – рассказал ведущий научный сотрудник НИТЦ нейротехнологий ЮФУ Петр Косенко.

Благодаря новой системе можно проводить подробную регистрацию и анализ того, что именно животное вдыхает в данный момент, объяснили ученые. По их словам, разработку нельзя обмануть, как обычное тренированное животное, замаскировав запрещенное вещество с помощью резких запахов.
«С помощью компьютерной программы происходит считывание активности мозга, из нее извлекаются паттерны электрических сигналов, отвечающие конкретному веществу или набору веществ. Мы добились повышения чувствительности распознавания примерно на девять порядков по сравнению с большинством технических аналогов», – отметил Косенко.

По словам ученых ЮФУ, предложенная система также отличается от других современных методов «компьютерного обоняния» высокой скоростью анализа и низкой себестоимостью.
В качестве «живого сенсора» специалисты ЮФУ использовали крыс, введенных в медикаментозный сон и помещенных в специальный переносной бокс. Здоровью животного при этом ничего не угрожает, а каждая «рабочая смена» длится не более двух часов, сообщили в вузе.

«Данной проблематикой довольно активно занимаются за рубежом, однако пока глубокой и эффективной интеграции математического и биологического аппарата, как в нашей работе, достигнуто не было», – прокомментировал Косенко.
Лабораторные исследования показали стопроцентную эффективность новой системы, подчеркнули авторы. Сейчас разработка проходит полевые испытания.
Исследование проводится при поддержке Фонда перспективных исследований. Это направление является одним из стратегических для ЮФУ в рамках программы государственной поддержки университетов РФ «Приоритет-2030».