En givare som analyserar och mäter omgivningens kemiska egenskaper, identifierar olika ämnen och sen skickar relevanta data till ett styrsystem har länge stått på processindustrins önskelista.

Under smeknamnet "elektronisk näsa" har idén börjat att materialisera sig i verkligheten. Än har tekniken dock inte kommit så långt att det finns sensorer som snabbt, säkert och framför allt billigt och pålitligt uppfyller drömmen.

Det beror på att det är betydligt svårare att mäta en omgivnings kemiska egenskaper än fysikaliska variabler som temperatur, tryck, flöde, spänning och ström. I själva begreppet elektronisk näsa är det underförstått att det som mäts också måste analyseras för att bli användbart.

Att utveckla en komponent som gör skäl för smeknamnet är därför i stort sett liktydigt med att placera ett helt laboratorium på en kiselbricka, komplett med egen processor.

AromaScan är ett brittiskt system som analyserar dofter och smaker. Det må låta ovetenskapligt, men det är ju själva essensen i den här tekniken. Det rör sig om en apparat som är stor som ett kylskåp, och således fjärran från de givare som industrin är van vid att hantera.

Den intressantaste delen av AromaScan är själva sensorn och den är faktiskt inte större än ett frimärke. På chipset sitter det inte mindre än 32 olika konduktiva polymerer som fångar upp varsin klass av närbesläktade ämnen.

Resten av den stora lådan utgörs av alla undersystem för att få "näsan" att fungera. Den behöver till exempel referensluft för att ha något att jämföra med. Om det låter primitivt så är det också det som en spårhund behöver. Hundens hjärna behöver också pauser i spåret för att kunna analysera vittringen.

För maskinen blir en speciell doft en specifik kombination av signaler från polymererna. Varje doft har sitt eget mönster:

- Äpplen och päron har olika doftmönster, säger Marlene Jegeborn på Nitec, det företag som representerar den brittiska tillverkaren av AromaScan.

- Till och med olika sorters äpplen har olika doftmönster.



Klassar spannmål


Det är just livsmedelsindustrin och med den besläktade industrier som vädrar morgonluft när de elektroniska näsorna gör sitt intåg. En tillämpning som redan har slagit väl ut är att klassa kvaliteten på spannmål. En del spannmål är fräschare än annat, och en del är mögligt och det vill man förstås upptäcka och kassera.

Här använder man en annan elektronisk näsa, och den har utvecklats vid institutionen för tilllämpad fysik vid universitetet i Linköping.

De elektroniska näsorna är inte alls någon mogen teknik. Det är inte bara att installera dem och börja sniffa efter substanser sådär utan vidare.

- Det är fortfarande så att man måste prova sig fram, säger Per Mårtensson, docent i materielfysik och chef för S-Sense.

Sensorerna bygger på en mosfetstruktur där tio delsensorer för dofter byggs ihop med fem sensorer av vanlig industrityp. Varje delsensor är 1,5x1,5 mm, och den sammansatta givaren ryms i ett skal på blott 1x1x2 cm.

Man har också lyckats med att få ned storleken på utrustningen så att den kan kånkas omkring med en viss möda. Hittills har man bara gjort knappt halvdussinet apparater, men i fortsättningen ska ett groddföretag, Nordic Sensor, ägna sig åt att utveckla näsan för olika industriella tillämpningar.

De exemplar som har gjorts finns nu ute hos några processindustrier, bland annat vid pappersbruk och förpackningsindustrier. Papper och kartong som används till matförpackningar får inte lukta illa eller förstöra maten med otrevliga lukt- eller smaksensationer. Därför håller sig de här industrierna med speciell personal som luktar på det papper som tillverkas.

- För det ändamålet är förstås en mänsklig näsa bättre än en elektronisk, säger Per Mårtensson.

- Men med en elektronisk näsa skulle man kunna kontrollera produktionen kontinuerligt. Om näsan indikerar ett fel kan man ta ett prov som i sin tur lämnas för doftprovning till en mänsklig kontrollant.



Spårar röta


Vid Lantbruksuniversitetet i Ultuna strax söder om Uppsala använder man Linköpingsnäsan för att detektera röta i trästolpar. Det finns 10 miljoner el- och telestolpar av trä i Sverige som måste besiktigas regelbundet. Rötan finns inuti träet och därför använder man specialtränade hundar för att sniffa rätt på problemstolparna. Tyvärr är hundarna inte ofelbara, och efter ett par timmar brukar de också tröttna på det något enahanda jobbet.

- Idag är den här typen av elektronisk näsa inte en givare utan ett helt mätsystem, säger Kent Nilsson, doktorand vid institutioen för virkeslära.

- Men jag tror att den så småningom kommer att utvecklas till en industrikomponent.

En annat typ av analyserande kemisk givare är den som ska konstatera om miljön innehåller ett visst ämne eller inte. Det kan röra sig om narkotika, alkohol, giftiga eller explosiva gaser eller sprängämnen. Vid Bofors Applied Technologies utvecklar man nu den typen av elektronisk näsa. Även här sätter man kraven på högsta spårhundsnivå.

I första hand ska näsan användas för att leta efter minor. Principen är enkel. Ytan på en kristall beläggs med antikroppar, det vill säga ett ämne som bara reagerar med ångor från sprängämnet trotyl. Ångorna tar upp antikropparna från kristallens yta.

Då minskar kristallens massa och därmed får den en annan egenfrekvens. Kristallen sitter i en oscillatorkoppling och närvaron av trotyl leder då till att frekvensen i oscillatorn ändras.

- Målet är att systemet ska bli lika känsligt som en hundnos och dessutom mycket snabbt, säger Sten-Anders Brink, VD för Bofors Applied Technologies.

- Det ska kunna upptäcka mycket små mängder av sprängämnen.

Det intressanta med principen är att man kan belägga kristallen med olika antikroppar för olika ämnen. En fördel med Bofors teknik är att den också är immun mot ämnen som kunde förstöra näsan.

Kommersiellt tillgängliga kemiska sensorer i form av små kretsar är på väg. Halvledartillverkaren Motorola lanserar sensorer för koloxid och metan senare i år. De kommer att ingå i givarfamiljen med varubeteckningen Senseon.

- Kemiska givare har en stor potential, säger Bo Göran Ericsson på Motorola.

- Det finns bedömare som tror att det blir en lika stor marknad som för andra halvledare.

Per Stymne