Penciuman elektronik

Penciuman elektronik adalah suatu alat hasil dari penelitian yang kemampuannya ditujukan untuk mendeteksi berbagai karakteristik aroma. Pendeteksi elektronik lumrah disebut dengan penciuman bionik. Dalam sebuah kamus, Bionik adalah organ yang digerakkan dengan elektronika. Sistem Penciuman Elektronik berbasis 16 buah sensor kuarsa terlapis membran. Peningkatan jumlah sensor ini juga dilakukan bersamaan dengan peningkatan frekuensi dasar sensor kuarsa, sehingga jumlah dimensi yang diperlukan untuk mengenal pola aroma masukan menjadi lebih banyak, dan sebagai akibatnya terjadi peningkatan derajat pengenalan aroma. Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem 16 sensor ini memperlihatkan superioritasnya apabila dibandingkan dengan sistem 4 sensor ataupun sistem 8 sensor, terutama untuk mengenal aroma campuran dengan tingkat kesulitan yang tinggi. Dari 10 percobaan untuk tiap kasus yang dilakukan, tingkat pengenalan yang dihasilkan cukup tinggi, yaitu berkisar 89.9% untuk aroma campuran dengan 4 tingkat konsentrasi alkohol yang berbeda, dan 82.4% untuk aroma campuran dengan 6 tingkat konsentrasi alkohol yang berbeda. Untuk dapat lebih meningkatkan derajat pengenalan sistem terhadap aroma yang lebih sulit, penulis sedang mengembangkan algoritme jaringan neural buatan berbasis fuzzy yang akan dioptimasi struktur jaringannya menggunakan algoritme genetika. Eksperimen lanjutan dengan metode ini sedang dikerjakan untuk Sistem Penciuman Elektronik 16 sensor.

Mekanisme penciuman pada manusia

Sinyal listrik yang dikirim ke otak akibat adanya interaksi zat dengan reseptor indra penciuman menimbulkan sensasi wangi/bau. Reseptor ini merupakan sel saraf yang berupa benang halus. Pada satu ujung sel saraf berinteraksi dengan zat berbau, sedangkan ujung yang lainnya berkumpul dalam suatu tulang menuju bagian otak yang bertugas menerjemahkan sensasi dari indra penciuman. Interaksi molekul dengan reseptor sampai dihasilkannya sinyal listrik merupakan rangkaian proses yang terjadi dalam benang halus. Reseptor teraktifkan akibat dari interaksi molekul dengan sel saraf reseptor.

Metode-metode sistem penciuman elektronik

Metode fuzzy learning vector quantization (flvq)

Metode flvq merupakan metode jaringan neural buatan berbasis vektor quantization yang mengintegrasikan teori fuzzy dalam proses pembelajarannya dan mempunyai algoritme yang sederhana tetapi berkemampuan tinggu dalam pengenalan aroma.

Sistem penciuman elektronik terdiri dari 3 bagian yaitu pertama, sistem sensor yang mengubah besaran aroma menjadi besaran listrik, kedua, sistem elektronik yang mengukur besar perubahan frekuensi sensor dan ketiga, sistem jaringan neural buatan yang melakukan pengenalan aroma.

Fungsi jaringan neural buatan adalah menyerupai kelakuan otak manusia. Dimana beberapa neuron berhubungan rapi satu sama lain.

Kemampuan kecepatan, ketepatan dan tingkat keakurasian yang tinggi pada sistem neural sangat dibutuhkan oleh sistem penciuman elektronik. Maka metode fuzzy learning vector quantization sangat diperlukan.

Metode Quartz Crystal Microbalance (QCM)

Awal alur kerja penciuman elektronik ini adalah dengan memasukkan uap aroma ke ruang sensor lalu uap tersebut akan diekstraksi menjadi komponen penyusun uap. Tiap komponen itu selanjutnya diukur intensitas dan konsentrasinya oleh sensor Quartz Crystal Microbalance (QCM). Guna menangkap uap aroma, osilator dimodifikasi dan diberikan tambahan lapisan zat kimia.

Perkembangan penciuman elektronik

Teknologi penciuman elektronik memang sangat ditunggu perkembangannya. Ilmuwan mengalami kesusahan untuk mendeteksi dan mendiferensiasikan jenis aroma. Penciuman manusia dapat mengenali jenis aroma antara 4.000 hingga 10.000 jenis. Di dalam penciuman anda terdapat sekitar seratus juta alat pendeteksi aroma dan dapat mengenali jenis aroma tercampur (maupun tidak) pada otak anda.

Berikut empat tanggal penting dalam sejarah dan perkembangan penciuman elektronik (eNose):

1. Pembuatan sensor gas pertama, Hartman 1954 2. Membangun array dari 6 termistors, Moncrief 1961 3. Elektronik Pertama Hidung, Persaud dan Dodd, 1982 4. Ikegami (Hitachi Research Laboratory, J) array untuk kualitas bau - 1985

Fungsi penciuman elektronik Salah satu fungsi utama teknologi ini berada dalam industri makanan dan minuman, yaitu untuk memonitor atau mengontrol kualitas suatu produk atau melakukan klasifikasi. Seperti pada proses pembuatan kopi, tembakau ataupun produk yang akan diekspor ke negara asing. Selain itu dapat digunakan di daerah lain seperti minyak bumi untuk analisis kualitatif dan kuantitatif, deteksi bahan peledak, klasifikasi dan degradasi minyak zaitun penelitian, pengembangan bidang lingkungan detektor bau aplikasi, aplikasi kontrol kualitas dalam industri otomotif, membedakan antara sapi perah bersih dan tercemar, analisis bahan baku kosmetik, serta banyak bidang penting lainnya seperti dalam bidang medis dan ruang.

Berbagai aplikasi penciuman elektronik

Bidang kesehatan, keamanan dan ilmu pengetahuan

November 2008, Insinyur-insinyur Amerika Serikat dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan cara untuk membuat memproduksi massal sejumlah alat pengenal yang dapat mendeteksi penyakit. Diabetes, Bladder, dan kanker kulit adalah beberapa jenis penyakit yang dapat dideteksi

September 2008, pengembangan jenis biosensor telah teliti oleh ilmuwan dari Temple University School of Medicine. Biosensor ini dapat mencium bahan peledak. Untuk membuat alat ini, Danny Dhanasekaran dan kolega meneliti penciuman tikus dan mengaitkan dengan protein yang mengandung warna hijau.

Maret 2009, peneliti dari Tel Aviv University (TAU) mengembangkan penciuman bionik yang dapat mencegah bahan peledak, sekaligus mendeteksi gejala kanker awal. Penciuman bionik ini dapat mendeteksi, mengenali dan memperbesar sinyal dari berbagai macam bahan seperti air yang tercemar, bahan kimia pada bom, gejala awal kanker.

April 2009, Para ilmuwan di Korea Selatan berhasil membuat sebuah “hidung bio-elektronik” jenis baru dengan cara menggabungkan reseptor-reseptor penciuman manusia dengan nanoteknologi. Penemuan ini diharapkan dapat membantu meningkatkan pemahaman tentang indera penciuman manusia. Dengan menempelkan protein-protein reseptor penciuman (hOR) pada tabung-nano polimer penghantar dan dilekatkan ke sebuah array mikroelektroda untuk membuat transistor efek-medan. Sistem yang dikembangkan oleh Tai Hyun Park dan Jyongsik Jang dari Seoul National University memungkinkan perubahan sinyal listrik yang terjadi ketika molekul-molekul bau terikat ke protein reseptor yang akan dideteksi.

September 2009, Paul Thomas mengepalai tim di University of New South Wales, Sydney, Australia untuk mengembangkan alat pendeteksi perokok. Dengan menggunakan 32 sensor array alat tersebut dapat mendeteksi 37 dari 39 relawan yang terdiri dari perokok dan bukan perokok. Tim tersebut menyebutkan untuk mendeteksi perokok tidak lagi memerlukan tes urin maupun tes darah. Namun alat ini baru dapat mendeteksi perokok setelah beberapa jam usai merokok.

Bidang makanan

Maret 2008, meskipun alat yang dikembangkan peneliti the Nestlé Research Center di Switzerland dapat mengenali 11 jenis espresso masih ada beberapa kesalahan. Para peneliti juga ingin memasukkan 8 jenis espresso baru pada alatnya.

Pada tahun 2009, dengan biaya kurang dari 10 juta rupiah Dr Muhammad Rivai ST MT menciptakan penciuman elektronik. Penciuman elektronik buatan Indonesia ini mempunyai sensor yang dapat mengenali, mengidentifikasi dan menganalisis 32 jenis aroma. Diantaranya aroma apel, melati, dan peppermint. Dosen Teknik Elektro ITS ini berharap alat tersebut dapat digunakan untuk kebutuhan industri rokok, makanan dan minuman, hingga dunia kesehatan.

Bidang luar angkasa

National Aeronautics and Space Administration (NASA) mengembangkan penciuman buatan yang sangat sensitif untuk penjelajahan luar angkasa. Penciuman elektronik ini dapat mendeteksi polusi pada pesawat ruang angkasa. Bahkan penciuman ini dapat membedakan bau pisang dan susu. Kamampuan ini timbul berkat sensor kimia yang terhubung dengan komputer dan dapat membedakan pola molekul.