Nếu thành công, công nghệ này có thể trở thành công cụ đột phá giúp con người phát hiện sớm ô nhiễm và bệnh ung thư, mở ra kỷ nguyên nơi máy móc cũng có khả năng “ngửi” như con người.
Trong các phòng thí nghiệm châu Âu, những nhà khoa học đang lặng lẽ chế tạo “chiếc mũi của tương lai” - thiết bị có thể phát hiện hỗn hợp phân tử, độc tố trong không khí và thậm chí là dấu hiệu bệnh tật trong cơ thể người. Mục tiêu của họ là cảnh báo sớm mọi nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe và giúp con người kịp thời ứng phó.
Khác với hình dung thông thường, chiếc mũi điện tử không hề có dáng dấp của một chiếc mũi. Nguyên mẫu do chuyên gia Jérôme Schruyers, kỹ sư công nghiệp tại Đại học Mons (UMONS, Bỉ), giới thiệu chỉ là một hộp nhỏ chứa đầy linh kiện và cảm biến khí. Ông nói: “Các cảm biến này phải được huấn luyện. Chúng cần học cách nhận biết mùi như một đứa trẻ học phân biệt hương vị”.
Trong phòng thí nghiệm, ông Schruyers cho thiết bị “nếm thử” nhiều mùi: cà phê mới rang, phô mai nặng mùi và cá hồi. Trên màn hình, các đường cong hiện ra, biểu thị phản ứng chính xác của cảm biến. Kết quả mở ra triển vọng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, song điều khiến ông quan tâm hơn là khả năng phát hiện chất ô nhiễm trong không khí, những nguy cơ âm thầm đe dọa sức khỏe con người.
Một thời gian sau, trong một khách sạn gần ga tàu, ông Schruyers cùng cộng sự tiến hành thử nghiệm thực tế. Họ phun nước hoa, sơn móng tay, chất khử mùi trong phòng tắm và quan sát phản ứng cảm biến. Chỉ vài giây sau, trên màn hình, tín hiệu đỏ nhấp nháy, chứng tỏ đã nhận ra khí từ chất khử mùi.
Mục tiêu của ông Jérôme là chế tạo chiếc mũi đủ nhạy để phát hiện không chỉ mùi hương và khí, mà cả chất gây dị ứng và nấm mốc. “Công nghệ này có thể áp dụng ở bất cứ đâu, khách sạn, văn phòng, bệnh viện, trường học, nhà ở, nơi tồn tại nguồn ô nhiễm”, ông nói. Tham vọng không chỉ dừng ở việc phát hiện, mà còn tiến tới khắc phục, chẳng hạn tự động điều chỉnh thông gió trong tòa nhà dựa trên dữ liệu cảm biến chính xác.
Tuy nhiên, giới khoa học muốn tiến xa hơn để mũi điện tử có thể phát hiện dấu hiệu ung thư. Đây là mục tiêu của dự án quốc tế Alcove, do quỹ Interreg châu Âu tài trợ, quy tụ các nhà khoa học, bác sĩ đến từ Bỉ và Pháp. Họ kỳ vọng trong vài năm tới sẽ phát triển một thiết bị đột phá có khả năng tầm soát bệnh, dựa trên công nghệ mũi điện tử với cảm biến siêu nhạy.
Hiện thiết bị vẫn đang trong giai đoạn đăng ký sáng chế, nên nhóm nghiên cứu chỉ hé lộ vài chi tiết: một chiếc mặt nạ để thở, ống dẫn hơi, hộp điện tử nối với máy tính và những cảm biến siêu nhạy, lĩnh vực mà các nhà khoa học ở Đại học Mons vốn rất am tường.
Tại Đại học Mons và trung tâm sáng tạo Materia Nova, tiến sĩ Driss Lahem cho biết họ đã nghiên cứu cảm biến suốt 20 năm. “UMONS chế tạo vật liệu hoạt tính, còn Materia Nova phủ chúng thành lớp mỏng để tạo cảm biến siêu nhỏ. Chúng tôi thử nghiệm bằng cách cho chúng phản ứng với khí và hợp chất hữu cơ bay hơi”, ông nói.
Theo bà Anne-Claude Romain, Đại học Liège (Bỉ), cơ chế hoạt động của thiết bị khá đơn giản: bệnh nhân thở vào mặt nạ, hơi thở được thu lại, đưa qua hệ thống và phân tích. Bà cho biết: “Hơi thở con người chứa khoảng 200 hợp chất khác nhau. Dựa vào tỷ lệ và nồng độ của chúng, có thể phát hiện dấu hiệu bệnh lý, trong đó có ung thư phổi”.
Dù vẫn trong giai đoạn đầu, dự án Alcove mang lại nhiều hy vọng. Thực tế, chỉ 18% bệnh nhân ung thư phổi sống sau 5 năm nếu phát hiện muộn, trong khi tỷ lệ này có thể đạt 90% nếu bệnh được phát hiện sớm, ở giai đoạn còn có thể phẫu thuật. Nhóm nghiên cứu mong muốn tạo ra chiếc mũi điện tử nhỏ gọn, chính xác, có thể triển khai tại các phòng khám để tầm soát sớm ung thư.
Ý tưởng này được giới y học đánh giá cao. Bác sĩ Stéphane Holbrechts, Trưởng khoa Ung thư Bệnh viện CHU Helora, cho biết hiện nay việc tầm soát ung thư phổi chỉ có thể thực hiện bằng chụp CT lồng ngực, phương pháp hiệu quả nhưng xâm lấn và tốn kém. Mũi điện tử sẽ giúp việc tầm soát dễ tiếp cận hơn, nhanh hơn, ít tốn chi phí và được người dân chấp nhận hơn. Các bác sĩ muốn phát hiện bệnh khi bệnh nhân vẫn còn cơ hội chữa khỏi.
Không chỉ ngành y đặt nhiều kỳ vọng, công nghệ mũi điện tử còn mở ra ứng dụng rộng lớn. Theo Giáo sư Marc Deblicquy (UMONS), “những chiếc mũi này” đã được dùng trong công nghiệp thực phẩm để phân biệt các loại cà phê, kiểm tra chất lượng rang, phát hiện gian lận trong dầu ô-liu và nhận biết thực phẩm hỏng. Tại UMONS, nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm khả năng phát hiện nấm mốc hại trên lúa, yếu tố có thể giúp bảo vệ mùa màng ở châu Á.
Ngành hải quan Bỉ cũng tham gia cuộc đua. Một dự án đang được phát triển nhằm chế tạo mũi điện tử có thể phát hiện ma túy trong container tại cảng Antwerp. Dù thiết bị chưa sẵn sàng hoạt động, dự án đã giành giải thưởng Đổi mới Liên bang năm 2023.
Từ phát hiện ô nhiễm trong nhà, đảm bảo an toàn thực phẩm, đến tầm soát ung thư và chống buôn lậu, những chiếc mũi điện tử đang mở ra một hướng đi mới cho khoa học và y học. Một ngày không xa, con người có thể sống trong thế giới nơi công nghệ không chỉ nhìn và nghe, mà còn biết “ngửi”, để phát hiện hiểm họa, bảo vệ sức khỏe và môi trường ngay từ hơi thở đầu tiên.