Сенсор из нанотрубок и машинное обучение помогут обнаружить вредные вещества за 40 секунд

Химическим сенсором называют устройство, которое реагирует на появление в воздухе определенного вещества. Такие приборы размещают в местах возможных утечек ядовитых и огнеопасных химикатов — например, на химическом производстве и в салонах транспорта. Высокая точность измерения для сенсоров необязательна, гораздо важнее чувствительность прибора, скорость реакции, доступность и простота использования. 

Российские химики из Сколтеха под руководством Альберта Насибулина разработали полупроводниковый химический сенсор на основе углеродных нанотрубок.

Ученые изготовили ткань из нанотрубок и поместили ее между двумя золотыми электродами на подложке из оксида алюминия. В присутствие газов электрическое сопротивление нанотрубок меняется, и сенсор может быстро определить их присутствие по величине протекающего тока.

Авторы настроили сенсор на обнаружение сразу трех газов: ацетона, сероводорода и диоксида азота. Чтобы не путать газы между собой, измерения проводили при разных температурах, а полученную информацию затем обрабатывали с помощью нейросети.

Расположенная между электродами ткань нанотрубок быстро нагревается, что позволяет сенсору всего за 40 секунд сделать 400 измерений в диапазоне 25–125 ^оС. Данные температурной зависимости сопротивления создают собственный «паттерн» каждого из трех газов, по которым их можно отличить друг от друга. Ученые научились определять газы с точностью 90% как при одиночном, так и при совместном присутствии. При этом точность можно повысить до 99%, сделав два измерения подряд.

В дальнейшем авторы планируют настроить сенсор и на обнаружение других веществ. Также новое устройство можно будет использовать в медицине, например для диагностики диабета первого типа: по количеству ацетона в выдохе можно понять, когда пациенту необходима инъекция инсулина.

Соответствующая научная статья вышла в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.