Sunday, 24 September 2017
- - - - - -
A+ R A-

Electronic Nose for Food Industry (ตอนที่ 2)

wine tasting Adelaide

จมูกอิเล็กทรอนิกส์ เป็นอุปกรณ์ที่เลียนแบบการทำงานของจมูกมนุษย์จริงๆ ก่อนอื่นต้องมาทำความรู้จักการทำงานของจมูกมนุษย์กันก่อน เมื่อคนเราสูดดมอากาศเข้าไป อากาศก็จะนำพาไอของโมเลกุลซึ่งอาจมีกลิ่นเข้าไปในโพรงจมูกของเรา ซึ่งกระแสลมแปรปรวน (Turbulence) ในโพรงจมูกจะช่วยทำให้ไอโมเลกุลนั้นเกิดการสัมผัสกับต่อมรับกลิ่นซึ่งอยู่บนเซลล์ประสาทรับกลิ่น โดยปลายข้างหนึ่งของเซลล์นี้จะไปรวมกันที่ต่อมรวมประสาท (Glomeruli) ซึ่งมันจะทำหน้าที่ขยายสัญญาณ (Amplifier) แล้วนำสัญญาณประสาทส่งไปสู่สมองส่วนที่เรียกว่า Olfactory Cortex การรับรู้กลิ่นเกิดจากการทำงานในระดับนาโน กล่าวคือ โมเลกุลของกลิ่นจะเกิดอันตรกริยาหรือจับตัวเข้ากับโมเลกุลรับกลิ่น (receptor) ซึ่งมีอยู่หลากหลายชนิด สมมติว่าเราดมกลิ่นทุเรียนเข้าไป ไอระเหยของทุเรียนนั้นมีโมเลกุลอินทรีย์นับสิบชนิด โมเลกุลอินทรีย์จากทุเรียนสามารถเข้าจับกับโมเลกุลรับกลิ่นในจมูก ก็จะเกิดรูปแบบขึ้นมา สมองก็จะจดจำว่าถ้ากลิ่นทุเรียนมาก็รู้ว่าเป็นทุเรียน ทีนี้ถ้าทุเรียนต่างชนิดกัน เช่น หมอนทอง กับ ชะนี ก็อาจมีชนิดของโมเลกุลอินทรีย์ต่างกัน ทำให้สมองจำรูปแบบได้ว่าเป็นทุเรียนคนละประเภท นี่คือคำอธิบายว่าทำไมสุนัขถึงจดจำเจ้าของได้ เพราะรูปแบบที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลกลิ่น-โมเลกุลรับกลิ่น มีความจำเพาะเจาะจงและซับซ้อน อีกทั้งยังมีความหลากหลายทำให้ไม่ซ้ำกัน

e nose Mahidolกล่าวโดยสรุป ระบบรับรู้กลิ่นของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบด้วย

    1. ส่วนรับกลิ่นซึ่งรวมถึงตัวรับกลิ่นและระบบนำกลิ่นเข้ามา

    2. ระบบนำสัญญาณประสาทซึ่งรวมถึงระบบส่งและขยายสัญญาณ

    3. ระบบประมวลผลซึ่งจะสามารถแยกแยะและจดจำกลิ่นได้

จมูกอิเล็กทรอนิกส์ก็จะมีลักษณะที่เลียนแบบระบบรับรู้กลิ่นในธรรมชาติ ดังนี้

  1. ส่วนรับกลิ่นประกอบไปด้วยตัวนำกลิ่นเข้ามาซึ่งอาจมีมอเตอร์ดูดอากาศ มีท่อรวบรวมกลิ่น (Concentrator) เพื่อให้กลิ่นมีความเข้มข้นสูงขึ้นและที่สำคัญที่สุดก็คือ เซ็นเซอร์รับกลิ่นจำนวนมาก ตั้งแต่ 4 ตัวไปจนถึงนับพันตัว

  2. ส่วนรวบรวมสัญญาณ ซึ่งจะทำการแปรสัญญาณจากเซ็นเซอร์ (Tranducing) และทำการจัดการสัญญาณ (Signal Conditioning) เช่น ลดสัญญาณรบกวน จากนั้นก็จะแปลงสัญญาณจากอนาล็อกให้เป็นดิจิตอล (A/D Converter)

  3. ส่วนประมวลผลซึ่งจะนำสัญญาณที่ได้รับมาทำการเปรียบเทียบเชิงสถิติกับฐานข้อมูลที่มีอยู่เดิม ซึ่งอาจจะใช้วิธีการระบบประสาทเทียม (Artificial Neural Networks) เพื่อทำการแยกแยะกลิ่น รวมไปถึงการเรียนรู้และจดจำรูปแบบของกลิ่น

Electronic Nose จะพยายามเลียนแบบธรรมชาติในแทบทุกด้าน ยกตัวอย่าง เวลาที่เราดมกลิ่นอะไรนานๆ จะเกิดความเคยชินและอาจไม่รู้สึกถึงกลิ่นนั้นๆในระยะเวลาหนึ่ง เช่น ถ้าเราเดินเข้าไปในห้องที่มีกลิ่นสีแล้วนั่งอยู่สักพัก เพื่อนที่เดินเข้ามามักจะถามว่า “นั่งอยู่ได้ยังไงไม่เหม็นสีหรือ?” ทั้งๆที่เราก็อาจไม่รู้สึกถึงกลิ่นเลย แต่ถ้าเราเดินออกมาสูดอากาศข้างนอกสักพักแล้วเดินกลับเข้าไปใหม่เราก็จะรับรู้ถึงกลิ่นสีได้อีก Electronic Nose ก็จะมีอาการเช่นเดียวกัน ถ้าเราเอามันมาดมกลิ่นทุเรียนแล้วเอาไปดมกลิ่นไวน์ทันที มันก็จะอาจจะไม่สามารถรับรู้กลิ่นไวน์ได้ดี เนื่องมาจากโมเลกุลกลิ่นทุเรียนได้เข้าไปจับกับตัวเซ็นเซอร์ ทำให้เซ็นเซอร์ไม่สามารถจับกับโมเลกุลกลิ่นอื่นๆ ที่เข้ามาใหม่ได้ จึงต้องมีวิธีการไล่กลิ่นเดิมออกไปด้วยการเป่าอากาศเข้าไปที่ตัวเซ็นเซอร์ นอกจากนั้น Electronic Nose ก็เหมือนจมูกมนุษย์ที่ต้องการการเรียนรู้ ตอนที่เราเกิดมานั้นเราแทบไม่มีข้อมูลของกลิ่นอยู่เลยในสมองของเรา เราต้องเรียนรู้ตั้งแต่เด็กๆว่าทุเรียนมีกลิ่นอย่างไร สตรอเบอรีมีกลิ่นอย่างไร Electronic Nose ก็เช่นเดียวกันที่ต้องการการฝึกฝน เพื่อให้สามารถจดจำแยกแยะกลิ่นได้ นักชิมไวน์ที่มีความเชี่ยวชาญในการจำแนกแยกแยะไวน์ชนิดต่างๆ ต้องอาศัยการฝึกฝนและสั่งสมประสบการณ์เป็นระยะเวลายาวนานนับสิบปี