TC GAZ ÜN VERS TES GAZ E T M FAKÜLTES ORTA Ö RET M FEN VE MATEMEAT K ALANLARI E T M BÖLÜMÜ F Z K E T M ANAB L M DALI

TC GAZ ÜN VERS TES GAZ E T M FAKÜLTES ORTA Ö RET M FEN VE MATEMEAT K ALANLARI E T M BÖLÜMÜ F Z K E T M ANAB L M DALI DANI MAN: Yrd.Doç.Dr. MUSTAFA KARADA HAZIRLAYAN : ÖZLEM FATMA YILDIRIM 040557042 2007

ÇER K 1 - ) G R 1 1 ) ELEKTRON K BURUN NED R? 1 2 ) ELEKTRON K BURUNUN TAR HÇES 2 - ) NSAN BURNU VE ELEKTRON K BURUN 2 1 ) KOKUNUN TANITIMI VE ALGILAMA S STEM 2 2 ) NSANDA KOKUNUN ALGILANMASI VE TANIMLANMASI 2 3 ) NSAN BURNU VE LEKTRON K BURUN ARASINDAK BENZERL K VE FARKLAR 2-4 ) GAZ SENSÖRLER 2-4 A ) ALGILAMA B R M 2-4 B ) TRANSDÜSER B R M 2 4 C ) ELEKTRON K B R M 2 4 D ) ÖRÜNTÜ TANIMA B R M 3 - ) E-BURUN UYGULAMA ALANLARI 3 1 ) YANGIN DEDEKTÖRÜ 3 2 ) ÇAYIN AROMASINI DE ERLEND RMEK Ç N E-BURUN 3 2 A ) OPT MUM FERMANTAYON ZAMANINI BEL RLEMEK Ç N 3 2 B ) MAMUL ÇAYIN SINIFLANDIRILMASI Ç N

4 - ) E-BURUN LE LG L TEKNOLOJ K GEL MELER 4 1 ) GAZ KAÇAKLARINI ALGILAMA 4 2 ) E-BURUNUN HUZUR EVLER NDEK KULLANIMI 4 3 ) E-BURUNLA Z TAK B 4 4 ) NG L Z LERDEN M N E-BURUN 4 5 ) JAPON LARDAN E-BURUN 4 6 ) KOKU KAYIT C HAZI 5 - ) P YASADAK ELEKTRON K BURUNLAR 5 1 ) LENNARTZ ELECTRONIC 5 2 ) OSMETECH PLC 5 3 ) Cyrano Sciences CYRANOSE C320 5 4 ) Alpha MOS

1 - G R 1-1 ) ELEKTRON K BURUN NED R? Elektronik burun olarak an lan yap, bile iklere geni sahada tepki veren sensör dizileri ile donat ld gibi örüntü tan ma (pattern recognition) ve yapay zeka(artificial intelligence) teknikleri ile de desteklenmi, kullan c n n ihtiyaç duydu u bilgiye ula mas n sa layan elektronik cihazlard r. Elektronik burunlar k saca kokular ve uçucu bile enleri tan yan bir sistem ile yapay zeka ve örüntü tan ma alt sistemleri yap s nda bulunduran cihazlard r. Alg lay c lar n çevreden toplad klar sinyaller, elektronik sistemler yoluyla ikili kodlara dönü türülür ve bir bilgisayara gönderilir. Elektronik sistemler, koku alma duyusunda vazifeli sinir hücrelerinin; bilgisayar da insan beyninin bir taklidi olarak dü ünülebilir. Bilgisayar, kendisine gelen bilgileri de erlendirmek için programlan r ve bu sayede ald ikili kodlamadan olu an sinyalleri yorumlar. Bu yorumlama (tan ma) i lemlerinde genellikle yapay sinir a lar (YSA) yöntemi kullan l r. Önce kimyevî molekül (koku) sensör dizisi taraf ndan alg lan r. Sensörler, buhar elektrik i aretlerine dönü türür. Elektrik i aretleri yapay sinir a lar (YSA) denen s n fland r c giri için

say salla t r l r. Kaynak PC de YSA kullan larak koku bilgisi belirlenir ve tipi tan n r. Tan nan koku bilgisi bir iletim hatt ile iletilir (Bunun için internet hatt da kullan labilir). Hedef PC ekran nda koku tipi görüntülenir. Günümüzde görme ve i itme duyular n n elektronik anlamdaki geli melerine tan kl k ederken bilim adamlar ve mühendisler insan burnunu taklit eden sistemlerin yer alaca piyasalar n tahminlerini yapmaya ba lad lar. Hala çe itli irketlerin üretti i ticari amaçl sistemler, potansiyel olarak yiyeceklerin ve ilaçlar n kalite güvencesinden hastal k te hisine, çevresel parametrelerin incelenmesinden güvenli e ve askeri uygulamalara kadar birçok sahada uygulama alanlar na hitap etmektedir. Elektronik bir sistem kullanarak kokuyu ölçmek hayli ilginç ve yap lmas arzulanan bir olayd r. Gaz kromatografisi ve kütle spektrometrisi (GC/MS) kokular n niceliklerinin belirlenmesinde yararlan lan tekniklerdir ; ancak bu metotlar zaman al c ve pahal d r. Ayr ca e zamanl uygulamalarda seyrek olarak kullan lmaktad rlar. Bu nedenle bu geleneksel metotlar gaz sensörlerinden olu mu bir elektronik burun sisteminin olu mas için önayak te kil etmi lerdir. Gaz sensörü senelerdir kullan lan bir tabir olmas na ra men günümüz elektronik burun teknolojisi, bu tabire nazaran birkaç ad m ötesini ifade eden bir yap y temsil eder. Bir elektronik burun basit olarak bir sensör dizisi kullanarak karma k kokular sezer ve birbirinden ay rt eder. Sensör dizisi geni sahada

ayarlanm çe itli kokulara biyolojik ve kimyasal kokulara duyarl sensörlerden olu ur. Sensörlerden al nan koku bilgisi bir database olu turur ve bu database e itme için kullan larak pattern recognition sistem olu turulur. Bir elektronik burun yaz l m ve donan m k s mlar ndan olu maktad r. Donan m ile koku bilgisini almak kadar al nan koku bilgisinin i lenip yorumlanmas da önemlidir. 1-2 ) ELEKTRON K BURUNUN TAR HÇES Kimyasal sensörler tarihi, yakla k olarak geçen yirmi senedir kayda de er bir ekilde ilerlemi tir. Kimyasal sensörler hakk ndaki ilk toplant olan International Meeting on Chemical Sensors (IMCS) 1983 y l nda Fukuoka, Japonya da yap lm t r. Elektronik burunun babas olarak bilinen Wolfgang Göpel (1945 1999) bu toplant ya kat larak Almanya dönü ünde Almanya Tübingen deki Institute for Physical and Theoretical Chemistry nin ba na geçmi tir. IMCS 1983 ten beri transdüserler ile ilgili konferanslar eklinde sekiz kere toplanm t r. Bu konuda ilk ara t rmalar 1970 y l nda ngiltere de Warwick Üniversitesi nde ba lam t r. Bu üniversitede ba layan ara t rma ve bir burun taklidi makine icad çal malar tüm dünyada devam etmi tir. Sonunda da ba ar l olunmu ve elektronik burun terimi literatüre ilk olarak 1990 da girmi tir. lk prototip sistemler 1993 te ilk ticari

sistemler ise 1994 te piyasaya sürülmü tür. Çal malar daha da ileriye götürülerek 1996 y l nda ABD de fiber optik sistemler bulunmu tur. Elektronik burun teknolojisi üzerine yap lan ara t rmalarda 1980 lerin ba lar nda Ingiltere Warwick Üniversitesi ndeki ara t rmac lar n koku sezmek için sensör dizileri geli tirmesinin de önemli katk lar mevcuttur. Problemin sensör aç s ndan geli imi ilk olarak metal oksitler cihazlar n kullan m olmu tur. Daha sonra Warwick Üniversitesi ara t rmac lar iletken polimerleri kullanabileceklerini ke fettiler. kisinde de ortak özellik iletkenlikte olan de i imdi. Bu çal malar çe itli ticari giri imlere önayak te kil etti. Elektronik burun teriminin yayg nla mas A ustos 1991 de zlanda Reykjavik te düzenlenen NATO destekli seminerde ba lam t r. Elektronik burun ve kimyasal sensör teknolojisi ile ilgili çal malar n y llara göre da l m a a daki tabloda gösterilmektedir. Tabloda görüldü ü üzere 2000 li y llarda elektronik burun üzerine yap lan ara t rmalarda kaydade er bir art gözükmektedir.

Y llara Göre Da l mlar Sensör ve donan m tasar m Örüntü s n fland rma ve teori Yiyecek ve Tar m uygulamalar Medikal uygulamalar 1994-1999 2000-2001 50 46 25 16 65 36 6 9 Bakteriyoloji uygulamalar 5 8 Biyolojik koku alma ile ilgili 5 6 Genel ve özet makeleler 50 40

TOPLAM 206 161 2- NSAN BURNU VE ELEKTRON K BURUN 2-1 ) KOKUNUN TANITIMI VE ALGILAMA S STEM Taze çekilmi kahvenin bize ho gelen kokusunun kayna, kahveden yay lan uçucu koku molekülleridir. Halen tabiatta kaç farkl çe it koku oldu u bilinmemektedir. Milyonlarca de i ik molekül veya bunlar n de i ik terkipteki kombinasyonlar dikkate al n rsa, binlerce koku oldu u söylenebilir. Kokuya karakteristik niteli ini veren, moleküller aras ndaki mikroskobik de i ikliklerdir. Pi mi taze bir yumurta ile çürük bir yumurtay birbirinden ay ran özellik, bunlardan çevreye yay lan moleküllerin yap lar ndaki farkl l kt r. Tek bir karbon atomu de i ikli i bile, çekici bir kokuyu itici hâle dönü türebilir. Havaya ne kadar yo un miktarda molekül kar rsa, meydana gelen koku da o kadar belirgin olur. Fizikî bir prensip olarak s cakl k art, molekül hareketlerinin h zlanmas na vesile olur, böylece koku

molekülleri havada serbest hareket edecek ekilde h zlan p geni bir alana yay labilir. Koku alg lama havan n kimyasal görüntüsünü alma olarak tan mlanabilir. Kimyasal Görüntüleme; Mükemmel kimyasal görüntüleme kimyasal örnekleri zamansal ve uzaysal çözümlenmi olarak kay t etmeyi amaçlar. Bu kimyasal görüntüleme hedefine analitik kimyan n iyi bilinen teknikleri kullan larak veya çok say da kalibreli sensörleri ve sensör sistemleri kullan larak yakla labilir (Sonuncusu elektronik burun olarak da adland r lmaktad r). Kimyasal sensörlerin geleneksel uygulamas nda bir tek kimyasal sensörün tepkisi bir öznitelik olarak kaydedilir Mükemmel kimyasal görüntüleme için ilk hedef çok büyük say lardaki kimyasal öznitelikler hiper uzay ndaki (hyper space) ba ms z öznitelikleri belirlemektir. kinci hedef ise uygulamaya özgü hedefler do rultusunda kimyasal öznitelik ç karmay optimize ederek bu hiper uzaydan bilgileri elde etmektir. Çal malar henüz burada tan mlanan seviyede bir kimyasal görüntüleme gerçekle tirecek düzeyde de ildir. Bugünkü seviyede elektronik burun bir kimyasal sensör dizisi, sensör dizisinin de i imlerini elektronik ortama aktaran bir elektronik birimi ve

sonuçlar de erlendiren bir örüntü tan ma algoritmas ndan olu maktad r. Bu ise memelilerin koku alma sistemine benzemektedir. 2-2 ) NSANDA KOKUNUN ALGILANMASI VE TANIMLANMASI Burnun sadece % 5 lik bölümü koku almakla vazifelendirilmi tir. Gün boyunca ortalama 23.000 defa nefes al p veririz. Bu esnada hava, burnumuzda akci erler için en uygun s ve neme kavu ur, ayr ca süzülerek tozlardan temizlenir. Bu s rada kokular da alg lan r. Bir nefeslik hava dedi imiz, yeryüzündeki hayat için yarat lm özel gaz kar m nda, milyar kere trilyon say da molekül ve koku taneci i yer al r. Burna giren havan n bir k sm buradaki özel kemikler (türbin kemikler) vas tas yla burun bo lu unun 3-4 cm kadar üst bölümündeki koku al c bölgeye yönlendirilir. Asl nda çok say da farkl molekülden meydana getirilmi bir terkibi tek bir koku olarak alg lar z. Meselâ, beyaz ekmek kokusu yakla k 70 de i ik koku molekülünden olu ur. Kahve kokusunun da en az 150 ayr kimyevî maddenin terkibiyle ortaya ç kt tahmin edilmektedir. Baz parfümler 500 civar nda farkl maddenin kar m ndan meydana gelir. Biz fark nda olmadan burnumuzdaki analiz mekanizmas yla,

oldukça küçük nispetlerdeki bu kimyevî maddeler saniyeden de küçük zaman dilimlerinde tahlil edilir. Koku taneciklerinin nas l tan nd konusundaki teorilerden biri R. W. Moncrieff taraf ndan ortaya at lan sterik teori dir. Buna göre de i ik ekil ve büyüklüklerdeki koku tanecikleri, koku bölgesinde bulunan kendilerine has al c larla kilit-anahtar uyumunda oldu u gibi birle irler. Kilidin sadece belirli bir anahtar taraf ndan aç lmas gibi, koku al c lar da kendilerine özel moleküller ile harekete geçirilir. John Amoore un geli tirdi i bu teoriye göre tabiattaki bütün kokular yedi ana kokunun (eterik kokular, keskin ve çürük kokular vs.) kar m ndan olu maktad r. Luca Turin in savundu u titre im teori sine göre ise koku al c lar birer spektroskop (titre im frekanslar n incelemeye yarayan bir âlet) gibi çal t r lmakta ve moleküler titre imler tespit edilmektedir. Burundaki al c lar n, koku moleküllerinin titre im frekanslar na uyumlu olarak yarat ld klar anla lmaktad r. Bu, gözdeki özel hücrelerin, n çe itli dalga boylar na uyumlu ekilde yarat lmalar gibidir. Turin, kokunun alg lanma mekanizmas nda, elektron transferine dayanan kompleks süreçlerin yer ald n dü ünmektedir. Bunlar n d nda difüzyon gözene i, moleküler titre im ve piezo tesiri teorileri olsa bile koku alg s s ras nda burnumuzdaki al c hücrelerde ne gibi i lemler gerçekle ti i tam olarak çözülememi tir. Say lar 10-50 milyon kadar tahmin edilen koku al c sinir hücrelerinin vazifesi, koku moleküllerinin ta d klar mesajlar alarak

koku so anc na ta makt r. Koku al c hücre; hücre gövdesi, silya k sm (tüycükler) ve akson uzant s olarak üç ana bölümden yap lm t r ( ekil 2). Hücrenin bir ucundaki koku tüycüklerinin boylar 0,1-0,15 mm, say lar ise 10-30 aras nda de i ir. Bu tüycükler koku reseptörleri için çok uygun ve verimli bir iskelet te kil eder. Böylece küçücük bir bölgede, koku moleküllerinin reseptörlerle ileti im kuraca geni bir alan ortaya ç kar lm t r. Ayr ca son ara t rmalar göstermi tir ki her koku hücresinde, bin de i ik koku reseptörü türünden sadece biri bulunur. Hücre gövdesi, pek çok karma k i lemin gerçekle ti i; akson, elektrik sinyalinin ta nd ; tüycükler de koku molekülleri ile temas n kuruldu u bölgelerdir. Burundaki iki koku bölgesine kar l k, beyinde de dev bir haberle me merkezi veya üssü gibi çal an bezelye büyüklü ünde iki koku so anc bulunur. Koku hücrelerinde aç a ç kan sinyal, aksonlarla beynin ön bölümündeki koku so anc klar na ta n r. Bunun için yarat lm 10-100 aras nda aksonun te kil etti i demet, topluca kalbur kemi inin içinden geçer. Kalbur kemi i, koku sinirlerinin geçi ine imkân tan yacak ekilde delikli bir yap da yarat lm t r. Kafatas n n bu bölümündeki harika yap, koku almadaki pek çok hassas nak lardan sadece biridir. Kalbur kemi inin hususi delikleri olmasayd, sinirlerin birbirleriyle ba lant kurmalar, dolay s yla koku almak imkâns z hâle gelirdi. Koku so anc klar nda milyonlarca bilgi yeniden düzenlenir ve yorumlanmak üzere, özel kanallarla beyindeki koku korteksi, hipokampus, amigdala ve hipotalamus bölgelerine gönderilir.

Her bir sinyal, koku al c hücrelerin temasta oldu u 2.000 kadar küçük merkezden (glomerulusa) kendine uygun haz rlanm olan na gelir. Bu gerçe i ke feden ara t rmac lar n ortak görü ü, farkl reseptörlerden toplanan bilgilerin son derece organize olmu biçimde yerle tirildi idir. 90 l y llarda ara t rmac lar burnumuzda 1.000 civar nda de i ik koku reseptörü bulundu unu tespit etmi ve bunun görme, i itme ve tat alma sistemlerindekine k yasla kat kat fazla oldu unu görünce çok a rm lard r. Koku sinir hücrelerini di er nöronlardan ay ran önemli bir özellik vard r. Beynimizdeki yüz milyar nöronun normal artlarda hayat m z boyunca yenilenmedi i dü ünülürken (kök hücre çal malar bu dü ünceyi de i tirmek üzeredir), burnumuzdaki milyonlarca koku al c hücre ortalama 45 gün ya ayabilmektedir. Burundaki koku bölgesinde bulunan ve âdeta koku hücresi fabrikas gibi çal an dipteki temel hücrelerden sürekli ve düzenli ekilde yeni koku hücreleri sentez edilir. Kafan n iddetli darbe ald bir trafik kazas nda, koku hücreleri zarar görebilir; kafadaki tahribat büyük de ilse, yarat lan yeni koku hücreleri görevi devral rlar ve böylece muhtemel bir koku alma kayb önlenir. Bazen koku sinirleri kalbur kemi inin aras nda s k arak koparsa yine koku alma hissi kaybolur. Koku al c hücreler asl nda sinir hücreleridir. Temel görevleri, koku moleküllerinin ta d klar mesajlar alarak koku so anc na ta makt r. Milyonlarca koku hücresi küçük bir posta pulu boyutlar ndaki koku bölgesinde, göz kama t r c bir düzen içinde yerle mi durumdad r.

Koku hücresinin kendi içinde dikkat çekici bir görev da l m vard r. Bu özel tasar m, elektron mikroskobu görüntülerine göre yap lan çizimlerde daha ilk bak ta kendini belli eder. Koku hücresi ba l ca üç ana bölümden olu ur: Ortada hücre gövdesi, bir ucunda silya isimli tüycükler, di er ucunda da akson isimli bir uzant bulunur. Hücre gövdesi: pek çok karma k hücresel i lemin gerçekle ti i ; akson: elektrik sinyalinin ta nd ; tüycükler de koku molekülleri ile temas n kuruldu u bölgelerdir.

Hücrenin bir ucundaki koku tüycüklerinin say lar 10 ile 30 aras nda de i ir, uzunluklar 0.1-0.15 milimetredir. Koku tüycüklerinin burnun di er bölgelerindeki benzerlerinden fark, hareket etmemeleri ve koku reseptörlerine sahip olmalar d r. Koku tüycükleri vücuttaki di er tüycüklerden farkl, tamamen kendilerine özel bir yap dad rlar. Koku tüycükleri reseptörler için bir iskelet olu turma görevini de üstlenirler. Tüycüklerin yerle imi olabilecek en verimli modeldedir. Böylece küçücük bir bölgede, koku moleküllerinin reseptörlerle ileti im kuraca geni bir alan ortaya ç km t r. Her koku hücresinde bin de i ik koku reseptörü türünden sadece birisi bulunur.

Koku tüycükleri e i benzeri görülmeyen, ola anüstü bir haberle me teknolojisine sahiptirler. Mukus içinde eriyen koku molekülleri, koku tüycüklerindeki özel reseptörlerle birle irler. Koku molekülü ile reseptör aras ndaki ili ki anahtar-kilit uyumuna benzer. Moleküler birtak m karma k i lemler sonucunda koku al c hücrede bir sinyal olu ur. Bu a amada birçok protein ve enzim üzerine düsen görevleri aksatmadan yerine getirir. Koku al c hücrelerin koku moleküllerinin ta d mesajlar, elektrik sinyallerine dönü türmesi oldukça karma k bir i lemdir. Günümüzde, koku al c hücrelerdeki haberle me a lar n n sadece ikisi bilinmektedir. Tek cümleyle özetlemek gerekirse, bir dizi kimyasal reaksiyonun sonucunda elektrik sinyali ortaya ç kar. Meydana gelen sinyal de hücrenin aksonu boyunca hareket ederek, koku so anc na ula r. Hücrede aç a ç kan sinyal, akson yoluyla koku so anc na ta n r. Beynin ön bölümündeki koku so anc na ula mak için 10 ile 100 aras nda akson, bir demet olu turur ve topluca elek kemi inin içinden geçer.

Koku so anc beynin ön bölümünde, koku bölgesinin ve kafatas n olu turan kemi in hemen üzerinde yer al r.

ki koku bölgesine kar l k iki de koku so anc bulunur; her birinin büyüklü ü bir bezelye tanesi kadard r. Koku al c lar ndan gelen tüm sinyaller önce bu merkezde toplan r. Milyonlarca bilgi yeniden düzenlenir ve buradan da yorumlanmas için, özel koku sinirleri kanal yla beyindeki ilgili bölümlere gönderilir. Yani bu minik organ, milyonlarca koku hücresi aras ndaki kusursuz koordinasyonun yürütüldü ü yerdir. So anc a haber getirenler koku al c hücrelerdir. So anc ktan ald klar mesajlar beyine ta yanlar ise mitral hücrelerdir ve yeti kin bir insandaki say lar 50.000 civar ndad r. Söz konusu iki grup hücre aras ndaki ileti im, so anc kta yer alan ve "glomerulus" denilen haberle me birimlerinde kurulur. Küresel bir biçimi olan bu haberle me biriminin çap 0.1 milimetredir. Tek bir so anc kta yakla k olarak 2.000 glomerulus bulunur. Her glomerulusta, 25.000 kadar koku al c hücrenin aksonlar ile 25 kadar mitral hücrenin dentritleri bulu urlar. nsandaki koku alma sistemi, bu ekilde on binden fazla kokuyu rahatl kla ay rt edebilmeyi mümkün k lmaktad r. Belli bir kimya e itimi alm uzmanlar bir parfümdeki yüze yakin kokunun kayna n te his edebilirler. te insan burnundaki bu üstün yarat l, birçok bilim adam n benzer cihazlar tasarlamaya te vik etmektedir. Dünyan n de i ik ara t rma geli tirme merkezlerinde, insandaki harika koku alma sisteminin kopyalar üretilmeye çal lmaktad r.

Burun örnek al narak geli tirilen bu modellere "elektronik burun" ad verilmektedir.

2 3 ) NSAN BURNU VE ELEKTRON K BURNU ARASINDAK BENZERL K VE FARKLILIKLAR Öncelikle belirtmek gerekir ki, bilim adamlar burundaki kokuya duyarl hücrelerin alg lama kapasitesinin bir e i olmad n ifade etmektedirler. Dahas, insan burnunun tamam yla yerini alacak bir elektronik cihaz n geli tirilmesinin imkans zl da baz ara t rmac lar taraf ndan dile getirilmektedir. Bu durum öyle de ifade edilebilir: Bir foto raf makinesi veya kamera gözün yerini dolduramaz; yaln zca destek olabilir. Elektronik benzerinin insan burnu ile ili kisi de i te ayn bu ekildedir. 1) Elektronik burunlar insandaki gibi binlerce kokuyu de il, sadece s n rl say da kokuyu alg layabilmektedir. 2)Bilgisayar destekli elektronik burunlar, insan burnu ve beynine k yasla oldukça büyüktür; yo un bir kontrol ve bak m alt nda çal an hassas cihazlard r. Dahas sensörlerin k sa ömürlü olmas önemli bir problem olmaktad r. Buna kar n sahip oldu umuz koku alma sistemi, bir hayat boyu sürdürdü ü görevinde herhangi bir bak ma dahi gerek duymaz. 3) Sadece tek bir elektronik burnun maliyeti 100.000 Amerikan dolar na (yakla k 140 bin YTL) kadar yükselebilmektedir.

4) nsanlardaki koku alma i lemi bir saniyeden çok daha k sa sürede olup biter. Elektronik benzerinde ise analiz süresi saniyeler hatta dakikalar al r. 5) Sensörlerin ayarlanmas ve ba l olduklar bilgisayar n programlanmas oldukça önemlidir. Yap lan ara t rmalar göstermi tir ki yüksek oranlarda su, alkol, karbondioksit ve asetik asit cihaz n duyarl l n bozabilmektedir. Ayr ca elektronik burnun, koku uzmanlar taraf ndan son derece hassas biçimde programlanmas da gerekmektedir. Aksi takdirde baz kokular cihaz n yanl veya karars z sonuçlar vermesine neden olmaktad r. 6) Unutulmamal d r ki; sensörler ve bilgisayardan olu an bir sistem mant kl bir muhakeme mekanizmas ndan da yoksundur. Oysa bu, insanlar n daha küçük ya lardan itibaren yapabildi i bir i lemdir. Örne in, bir bebek do ar do maz koku alma duyusunu kullanarak annesini tan yabilir; do duktan iki gün sonra kokular ay rt edebilir.

Koku Alg lay c lar n bir kokuya tepkileri kombinasyonel olarak kodlan r.

nsan Burnu Al c nöron Al c nöron Elektronik Burun Sensör / transduser Sensör / transduser 10.000.000 reseptör 6-30 sensör(dizi) Glomeruli Beyin Seçicilik: 10000~20000 koku Sinyal i leme modülü Tan mlama modülü <50 koku nsan burnu yukar daki tabloya göre elektronik buruna göre üstündür. Ama insan burnunun baz zay f yönleri de vard r: Baz kokular (gazlar ) hiç alg lamamaktad r: karbon monoksit ve karbondioksit gibi. Ya da bir süre sonra ortamdaki gaz alg lamamaktad r: yorgunluk (fatique). Bunun d nda insan burnu ki iye ba ml l k da gösterir. Bu ve benzeri nedenlerden dolay elektronik buruna olan ilgi artmaktad r.

2-4 ) GAZ SENSÖRLER Bir kimyasal sensörde aranan nitelikler : duyarl l k seçicilik dayan kl l k güç ucuzluktur. Kimyasal Alg lama; norganik malzemelerle olan kimyasal alg lamada, yüktransfer geçi leri önemli rol oynamaktad r. Bu tür reaksiyonlarda al c -verici eklinde bir kimyasal sorpsiyon olmakta ya da farkl moleküller aras nda heterojen bir kataliz gerçekle mektedir.

Bir ba ka yakla m da anahtar-kilit yakla m d r. Bu tür yap larda tabakalar ya tek ya da polimerik bir matris içinde spesifik reaksiyon yerleri olacak ekilde düzenlenmektedir.

Bir kimyasal sensör sistemi ise dört birimden olu maktad r: Alg lama Birimi, Transdüser Birimi, Elektronik Birimi ve Örüntü Tan ma Birimi.

2 4 - A ) ALGILAMA B R M Ortamda bulunan ve alg lanmak istenen kimyasal maddeyle etkile erek gerekli sinyalin olu mas na neden olan "kimyasal ara yüzey" alg lama birimi olarak tan mlan r. 2 4 B ) TRANSDÜSER B R M Kimyasal sensör tasar m nda alg lama biriminin niteliklerine göre transdüser teknolojisi üretmek gerekmektedir. Bu teknolojiler, iletkenlik, potansiyel, kapasite, s, kütle ve optik sabit gibi özelliklerin kimyasal etkile im sonucu de i imine uygun olarak seçilmektedir. 2 4 - C ) ELEKTRON K B R M Transdüserlerin elektrik sinyal üretmesi için gerekli osilatör, fark devresi, yükselteç devresi, besleme devresi gibi devrelerdir.

2 4 D ) ÖRÜNTÜ TANIMA B R M Bir mikrokontrolör ünitesi ve bilgisayar ile alg lanan kokular n sinyal seviyeleri ve de erler toplulu u, yapay sinir a lar (artificial neural network), ba bile en analizi (principal component analysis) gibi muhtelif örüntü tan ma teknikleriyle i leyen birimdir. 3 ) E-BURUN UYGULAMA ALANLARI E-burun genel olarak ; T pta G da endüstrisinde Askeri uygulamalarda Endüstriyel alanda kullan lmaktad r. 1)G da Endüstrisi : G da kalitesinin belirlenmesinde 2)Zehirli gazlar n belirlenmesi 3)Uzay çal malar

4)At k sularda koku denetimi 5)Askeri Alan : Denizalt hava kontrolünde 6)Biyomedikal uygulamalar 7)Havaalanlar nda yasak ilaç ve patlay c maddelerin belirlenmesinde 8)T pta : Mikroorganizma ile ilgili rahats zl klar ve di er rahats zlar n te hisinde(akci er kanseri,idrar yollar iltihab, ) Elektronik burunun yiyecek endüstrisinde kullan m alanlar ; peynir, eker, bal k, meyveler, vs. üzerine tazelik ve paketleme üzerine çal malar yap lm t r. Ayr ca kahve ve tütün s n fland rma gibi i lemlerde de elektronik burunun kullan lmas ile ilgili çal malara literatürde rastlanm t r. Elektronik burunlar patolojik bakteri ve mantarlar n belirlenmesinde de kullan lmaktad r. Bilindi i üzere bakteri ve mantarlar kendilerine has ve karakteristik koku yaymaktad rlar. Bu koku yard m yla hastal k yap c mikroorganizmalar n tespiti mümkün olmaktad r. Elektronik burunun biyomedikal sahada akci er kanseri ve idrar yollar iltihaplar n n belirlenmesi de mümkün olabilmektedir. Elektronik burunun hava kalitesi testi ve çevresel kontrol uygulamalar da pratikte yap lmaktad r. Örnek olarak NASA n n uzay gemilerindeki hava kalite kontrol uygulamas u anda yap lmaktad r.

Çevresel kontrol kullan m na örnek olarak ise ortamdaki zehirli gazlar n tespiti ve askeri uygulamalarda patlay c lar n belirlenmesi ve tespitinde de elektronik burunlar kullan lmaktad r. 3 1 ) Yang n Dedektörü

Bilindi i gibi, yang n dedektörleri duman tespit eder ve ç kard klar sesle insanlar uyar rlar. yonla ma ilkesine göre çal an modeli inceleyelim. Bu cihazlarda, iyonlarla yani elektrik yüklü parçac klarla dolu özel bir alg lama bölümü bulunur. Cihaza temiz hava girdi i sürece bu parçac klar n neden oldu u elektrik ak m sabit kal r. Duman n girmesi durumunda ise iyonlar etkisiz hale gelir ve elektrik ak m azal r; bunu takiben cihaz alarm sesi vermeye ba lar. 3 2) Çay n Aromas n De erlendirmek çin Elektronik Koku Alma (E-Burun)

3 2 a )Optimum Fermantasyon Zaman n Belirlemek çin E-Burun Çay yapra hücreleri k v rma i leminde patlat l r patlat lmaz fermantasyon i lemi ba lar. Optimum bir s n ra kadar fermantasyon i lemi süresince kimyasal dönü ümler ve reaksiyonlar n s n rland r lmas yüksek kaliteli çay üretimi için hayatidir. Bu nedenle, yaprak içerisindeki kompleks kimyasal de i im serilerini sadece istenilen limitlerde tutmaya yetecek kadar yapraklar n fermantasyonuna izin vermek optimizasyonu ba armak için kritiktir. Özel olarak dizayn edilmi bir elektronik burunla, geçen zaman üzerinden fermantasyon i lemindeki uçucu emisyonunu izleyen bir model ba ar ile kullan lm t r. Farkl klonlar, farkl iklim ve fermantasyon yöntemleri ile uzun süredir devam eden denemelerde elektronik burunun defalarca kullan m ile, fermantasyon süresince tespit edilen koku de i imlerinin güvenilir oldu u bulunmu tur.

3 2 b ) Mamul Çay n S n fland r lmas çin E-Burun Tat ve aroma mamul çay n önemli kalite özelliklerindendir. Çay tad mc lar olarak adland r lan uzman insanlar, çay n kalitesini geleneksel olarak belirler. Çay tad mc lar örneklerin görünü ü, tad ve aromas na ba l olarak 1 den 10 a kadar bir skalada de erlendirdikleri çay örneklerine puan verirler. Elektronik burun, çay örneklerinin uçucu bile enlerini alg lama yetene i olan tek cihazd r ve yüksek do ruluk derecesi ile çay kalite kontrol elemanlar n n puanlamas gibi güvenilirdir.

4 E-BURUN LE LG L TEKNOLOJ K GEL MELER 4 1 ) GAZ KAÇAKLARINI ALGILAMA u an için piyasada insan koku alg s na yakla an alg lay c lar bulunmamaktad r. Buna en yak n görülebilecek ürün, kat hal temelli ev içi kullan m na uygun gaz kaçaklar n alg layan alg lay c lard r. Japonya'da u an için bu alg lay c lar n kullan m zorunludur. Methan, propan, karbon monoksit ve uçucu hidrokarbonlar bu alg lay c lar n hassas oldu u gaz gruplar d r. Bu tip gazlar birçok çözücünün uçmas sonucu ortama yay labilirler. Genelde bu tip ürünlerdeki alg lay c lar, yak tlar ve yükseltgenler gibi indirgeyici gazlara hassast rlar. Ayr ca alkoller de yak t oldu undan ve merkaptanlar da (kötü kokulu kimyasal bile ikler) alkollerle mukayese edilebildi inden bu tipte alg lay c lar n da merkaptanlara duyarl olmas n bekleyebiliriz. Bu durum ayn tipte kat hal alg lay c lar n n alkol ölçüm cihazlar nda da kullan lmas ile de desteklenmektedir.

En s k rastlanan kat hal alg lay c s Taguchi Gaz Alg lay c s d r (TGS).Bu eklenmi metal oksittir. Gazlar fark etmesini sa layan ey, metal oksit yüzeyde indirgenen bir gaz n emilmesidir. Bu s rada elektriksel geçirgenli i de i ir ve alg lama sa lan r. En s k rastlanan TGS kalay oksittir. Genelde bu oksit, k smi indirgenmi bir durumda üretilir ve bu haliyle bir yar iletkendir. E er bu alg lay c 400 derece gibi yüksek bir s cakl a ç kar l rsa, göreceli oksijen yoklu unda tanecik s n rlar n n aras ndan elektronlar kolayca akabilir. Aç k havada ise oksijen kalay dioksit yüzeyde emilir ve parçac k s n rlar aras nda potansiyel bir engel olu turur. Sonuç olarak diyebiliriz ki, artan oksijen k smi bas nc ile elektriksel direnç artar ve indirgeyen gaz n k smi bas nc n n artmas yla da direnç dü er. 4 2 ) E-BURUNUN HUZUR EVLER NDEK KULLANIMI Huzur evlerinde d k tutamama problemi ile kar la an hastalara yard mc olmak için tasarlanan deneysel bir yapay burun tasar m da u ekildedir. Bu ekildeki hastalarda, özellikle geceleri

uzun süre d k ile olan deri temas deri problemlerine yol açmakta, bunu engelleyebilecek personelin de sürekli bulunamamas bu tarz bir arac n i levselli ini artt rmaktad r. Öncelikle tan mlanmas gereken kokuyu bir araya getiren gazlar n tan mlanmas gereklidir. Bu örnekte bu gazlar indole, skatole dimetil disülfid, hidrojen sülfittir. Ölçüme müdahale eden gazlar da huzur evlerinde s kl kla kullan lan amonyak, çama r suyu, iyot gibi

maddelerdir. Amonya n durumu iki aç dan ilginçtir, çünkü hem temizlik maddesi olarak hem de idrar n parçalanmas nda ortaya ç kan bir madde olarak kar m za ç kmaktad r. 4 3 ) E-BURUNLA Z TAK B Kar ncalarda gerçekle en kemotaksi süreçleri üzerine Avusturalya'da yap lan simulasyon çal malar d r (Russel Thiel, Mackay-Sim 1994). Ara t rmac lar kar nca tavr n birebir taklit edebilen, hem feromon yayabilen, hem de bunu takip edebilen robotlar geli tirmi lerdir

Kimyasal bir izi takip edebilen bu sistemler, güvelere kar kullan lan kafur maddesinden olu turulan izlere kendilerini uydurabilmektedirler. Uygulama yöntemi oldukça direktir, uçucu bir madde olan kafur içeren keçeli kalemleri kullanarak iz b rakan robotlar, bir cm lik bir iz b rakarak ilerlemektedirler. zlerin takip edilebilmesi iz b rakmaya oranla daha karma k bir süreçtir. Alg lamaya yarayan gereçler birbirinden 50 mm uzakl ktaki iki alg lay c kafas ndan olu ur.

Bir giri arac l ile alg lay c n n hemen alt nda yer alan hava kütlesi gravimetrik bir dedektör kristalinin üzerinden al n r. Giri in hemen etraf ndaki a a yönelen bir hava ak m, gelen hava kütlesinin hemen alg lay c n n alt ndan kaynaklad ndan emin olunmas n sa lar. Dedektör kristali kafuru absorbe edebilecek bir kaplama ile kaplan r, ve kütlesi artt kça kristalin rezonans frekans eklenen kafur miktar ile orant l olarak de i ir. Bir algoritma yard m ile koku izi, iki alg lay c aras nda tutulur ve bu ekilde 1,5 saat sonra bile izin sürülebilmesi sa lanm t r.

Yapay burun, ayn zamanda iz süren köpeklere kar bir alternatif olarak da gündeme geliyor. 4-4 ) NG L Z LERDEN M N E-BURUN ngiliz bilim adamlar, içinde t rnaktan daha küçük bir çipin bulundu u, dünyan n en küçük elektronik burnunu geli tirmek üzere çal yor. Yeni burnun u anda kullan lan sistemlerden farkl oldu u, farkl l n da elektronik burnun, koku moleküllerini gerçek burun kadar k sa sürede alg lamas ndan kaynakland belirtiliyor. Elektronik burun için geli tirilen yeni çipin sorunsuz çal mas durumunda, elde ta nabilecek elektronik burunlar yap lacak ve bunlar çevre izleme, sa l k ve yiyecek güvenli i gibi alanlarda kullan labilecek. Leicester Üniversitesi uzmanlar, yeni elektronik burnu memelilerin koku alma sistemlerini taklit ederek geli tirdiklerini belirtiyor.