Latvietis izrāda mākslīgo degunu (38)

Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta Ūdeņraža un gāzes sensoru laboratorijas vadītājs Jānis Kleperis intervijā TVNET pastāstīja, ka mākslīgo degunu var ļoti labi izmantot medicīnā. Tā izmantošana dotu lielu pienesumu operatīvās diagnostikas, piemēram, plaušu slimību, jomā.

Ar mākslīgā deguna palīdzību slimnieka izelpā ātri var diagnosticēt iespējamās konkrētās slimības, piemēram, plaušu karsoņa, vēža vai astmas pazīmes. Datu bāze tiek veidota no stacionārā atrodošos un ārstējošos slimnieku izelpām. Operatīvai diagnozei

vajag tikai vienu apmeklētāja izelpu, un aparāts aptuveni pasaka, vai ir aizdomas, piemēram, par plaušu vēzi.

Mākslīgais deguns, sajūtot cilvēka izelpā iespējamās slimības smakas, par to ziņo ārstiem, un tie tālāk var nozīmēt precīzākus un konkrētākus, arī dārgākus izmeklējumus, kas diagnozi apstiprinātu vai noraidītu.

Palīdz atjaunot ožu

Mākslīgais deguns nākotnē varētu palīdzēt arī tiem cilvēkiem, kuriem ožas uztveres spējas ir pavājinātas vai pilnībā pazaudētas. Iekārtu varētu uztaisīt līdzīgā lielumā, kā ir dzirdes aparāti, lai to varētu novietot galvas tuvumā.

Tiesa, no vairākiem tūkstošiem smaržu/smaku, kuras atšķir cilvēka deguns, datu bāzē varētu būt daži desmiti vispopulārāko, ko lietojam sadzīvē, Kleperis stāstīja. "Universālu datu bāzi ir ļoti grūti uztaisīt, jo dzīves situācijas var būt ļoti dažādas."

Mākslīgo degunu var izmantot gan sadzīvē, gan tautsaimniecībā un arī vides aizsardzībā, piemēram, lai noteiktu dažādu smaku avotus.

Latviešu zinātnieki elektroniskajam degunam mēģinājuši rast dažādus izmantojumus, piemēram, muitā diagnosticējot nelegālā alkohola importu. Taču muitas pārstāvji neesot bijuši apmierināti ar to, ka mākslīgais deguns pirms lietošanas ir jāapmāca, un apmācīšanai derīgi tikai 100% oriģināli izstrādājumi.

Tāpat bija mēģinājumi nodibināt sadarbību ar alus darītājiem un pārtikas ražotājiem:

Tikām mēģinājuši testēt dažādus pārtikas produktus, sākot ar pienu, sulām, cīsiņiem, augļiem.

Bijis arī mēģinājums sadarboties ar mūsu populāro parfimērijas ražotāju “Dzintaru”. Taču šī sadarbība nav bijusi veiksmīga, jo vairumam ražotāju mākslīgā deguna izmantošanu ražošanas procesos nepieļauj standarti.

Suņu ožas spējas vēl daudz labākas

Pētnieks norādīja – lai arī pie mākslīgā deguna daudz strādāts jau 25 gadus, tā „oža” vēl daudz atpaliek pat no cilvēka deguna spējām: “Jebkurā gadījumā šodien vēl cilvēka deguns un suņa deguns, protams, daudz lielākā mērā ir pārāks par mākslīgām ierīcēm.”

Zinātnieki līdz šim nav spējuši uztaisīt tādu mākslīgo degunu, kas atšķirtu smaržas tikpat labi un tik ilgā periodā kā dabiskais deguns.

“Salīdzinājumam – cilvēkam degunā šūnas, kas veido visu gāzu uztveres sistēmu, nomainās aptuveni 24 dienās. Vecās atmirst. Jaunās rodas no jauna. Līdzīgi kā āda nomainās regulāri.” Jaunās šūnas ir precīzi tādas pašas kā iepriekšējās, kas nodrošina to, ka pirms daudziem gadiem bērnībā justa, piemēram, meža zemenīšu smarža arī pieaugušam rada tās pašas pozitīvās asociācijas un to pašu informatīvo saturu.

Savukārt “cilvēku veidotie gāzu sensori šodien vēl nav tik precīzi un relatīvi ātri noveco. Līdz ar to datu bāze, kas izveidota konkrētai sensoru matricai, der tikai tai. Tad, kad šī matrica noveco (tas notiek aptuveni divu trīs gadu laikā), atkal jāveido jauna datu bāze. Līdz ar to šāda instrumentu lietošana vēl ir tehniski sarežģīta un tirgus nav tik plašs.”

Mākslīgā deguna uzbūve

Mākslīgo degunu veido divas galvenās daļas – vairāki dažādu gāzu sensori jeb sensoru matrica un datu apstrādes, apmācības un atpazīšanas programma. “Tiek simulēts tas pats darbības veids kā cilvēkam – deguns ir kā sensoru matrica, bet smadzenes kā dators ar programmu.”

Šādi instrumenti obligāti ir jāapmāca. Tos nevar uztaisīt tādus, ka tie paši no sevis pazīst smaržas vai smakas.

Apmācīšana ietver datu bāzes veidošanu smadzenēs jeb datorā. Pēc tam, lietojot degunu, tiek meklēts, vai to, kas reģistrēts, var aprakstīt ar kādu konkrētu smaržu no datu bāzes.

Mākslīgo degunu izplatīšanos pasaulē traucē arī tas, ka katra firma, kas ražo šādus instrumentus (to skaits pasaulē tuvojas jau pussimtam), lieto savu programmu un darbojas ar saviem smaržu failiem, kurus citas programmas neatpazīst. Tiek diskutēts par standartizācijas nepieciešamību, bet rezultātu vēl nav...” zinātnieks stāstīja.

Iz vēstures

Kleperis klāstīja, ka par mākslīgajiem deguniem pasaulē zinātnieki domā un runā aptuveni simts gadu. Latviešu ķīmiķis Andrejs Dravnieks (1912.-1986.), strādādams ASV, 1965.gadā publicēja pētījumu par kontaktpotenciāla izmantošanas iespēju smaku reģistrēšanai. Ideja par mūsdienīgu mākslīgo degunu varēja tikt realizēta tikai tad, kad plaši attīstījās datoru tehnoloģijas, tas ir, 1980. gados. Pēc tam šādu ierīču izstrādi sāka daudzviet pasaulē.

Latviešu zinātnieki šajā projektā kopā ar zviedru kolēģiem sāka strādāt 90.gadu beigās.

“Mūsu rīcībā nonāca zviedru zinātnieku izveidotais pirmais Linčēpingas universitātes mākslīgā deguna prototips, kuram mēs bijām izdomājuši savu sensoru matricu,” Kleperis stāstīja.

Pēc tam, strādājot kopā ar profesoru Pēteri Misānu no Rīgas Tehniskās universitātes, bija plānots izveidot arī savu sensoru atpazīšanas programmu un savu portatīvu ierīci, taču “tur mums ļoti grūti gāja ar finansēm un faktiski pie tā mēs arī apstājāmies”.

Pēc tam latvieši strādājuši ar citu firmu elektroniskajiem deguniem, tagad „jaunākais” mākslīgais deguns Latvijā ir dakterim Mārim Bukovskim (ASV firmas "Cyrano Sciences") un tiek izmantots plaušu slimnieku izelpas analīzēm.

Ieskats smaržu pasaulē...

“Smakas ir ļoti komplicēts jēdziens. Vienu smaržu var veidot ļoti daudz ķīmisko vielu. Piemēram, pirms dažiem gadiem rakstīja, ka kafijas smaržā ir konstatētas 250 dažādas ķīmiskās vielas, bet, attīstoties mēraparātiem un tehnoloģijām, to skaits jau tuvojas 800. Īsti pat nav skaidrs, kuras no tām ir galvenās, kas dod tieši kafijas aromātu,” pētnieks stāsta un atzīst, ka zinātniekiem šajā jomā joprojām daudz analizējamā.