นาโนโอท็อป (Nano OTOP) - ตอนที่ 3

สินค้าเกษตร และ อาหาร เป็นหมวดสินค้าที่แม้จะมีจำนวนรายการน้อยกว่าของขวัญ ของตกแต่งมาก แต่ก็เป็นสินค้าที่สร้างรายได้หลักให้แก่เกษตรกร และประชาชนในชนบท และยังเป็นกลุ่มอาชีพที่เทคโนโลยีระดับสูงเข้าไม่ถึง ในอดีตที่ผ่านมาเทคโนโลยีที่เข้าไปช่วยงานเกษตรกรรม มักจะเป็นเทคโนโลยีพื้นๆ เช่น เครื่องจักรกล การชลประทาน การใช้ปุ๋ยเคมี เป็นต้น ซึ่งได้ก่อให้เกิดหนี้แก่เกษตรกรจำนวนมาก เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่นำเข้ามาจากต่างประเทศ การนำนาโนเทคโนโลยีไทยทำมาช่วยงานทางด้านนี้ โดยเฉพาะเพื่อปรับปรุงหรือเพิ่มคุณค่าแก่สินค้าเกษตรจะทำให้สถานการณ์เปลี่ยนไปได้ ตัวอย่าง Polymer-Clay Nanocomposite ซึ่งมีคุณสมบัติลูกผสมระหว่างพลาสติกกับเซรามิกนั้น สามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติให้ไปอยู่ทางพลาสติกมากๆ หรือไปอยู่ทางเซรามิกมากๆ ก็ได้ ทำให้สามารถนำไปใช้เป็นถุงพลาสติก หรือบรรจุภัณฑ์ สำหรับหีบห่อผลิตภัณฑ์เกษตรที่กันความชื้น เพื่อแทนที่ฟิล์มอลูมิเนียมที่มีราคาสูงกว่า อีกทั้งยังขึ้นรูปได้เหมือนพลาสติกทั่วไปไม่ว่าจะให้เป็นถุง เป็นฟิล์ม เป็นกล่อง เป็นต้น กลุ่มวิจัยทางด้าน Polymer-Clay Nanocomposite ที่มีสูตรสำหรับนำนาโนวัสดุประเภทนี้ไปใช้ในงานประยุกต์ด้านต่างๆ ก็คือกลุ่มของ ผศ. ดร. เติมศักดิ์ ศรีคิรินทร์ ศูนย์นาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อีกตัวอย่างหนึ่งคือการนำเอาจมูกอิเล็กทรอนิกส์มาช่วยในการควบคุมคุณภาพอาหาร เช่น งานวิจัยของ ดร. สมบุญ สหสิทธิวัฒน์ หน่วยวิจัยพอลิเมอร์ขั้นสูง ของศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ ได้ใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์จำแนกข้าวหอมมะลิของไทย ซึ่งอาจช่วยในการระบุแหล่งผลิต เป็นการสร้างเอกลักษณ์แก่ข้าวหอมมะลิแบรนด์ต่างกัน เช่น สุรินทร์ ร้อยเอ็ด มหาสารคาม ซึ่งต่างก็อ้างว่าข้าวหอมมะลิของตนอร่อยที่สุด

เครื่องดื่มประเภทสุราพื้นบ้าน สุรากลั่น สุราแช่ (สาโท) มีความผูกพันกับวิถีชีวิตของชาวบ้านแต่โบร่ำโบราณเทียบเท่ากับเหล้าสาเกของญี่ปุ่น (ฝรั่งจึงเรียกเครื่องดื่มพวกนี้ว่า Spirits) ซึ่งหากได้รับการส่งเสริมที่ดี อาจสร้างมาตรฐานให้มีชื่อเสียงเช่นเดียวกับเหล้าสาเกได้ จากการสำรวจข้อมูลผู้ประกอบการระดับท้องถิ่น ทั้งที่เป็นบริษัท ห้างหุ้นส่วนจำกัด สหกรณ์ และ กลุ่มชาวบ้าน ใน http://www.thaitambon.com/ นั้น มีผู้ผลิตไวน์จำนวน 76 ราย สุรากลั่น 47 ราย สุราแช่ 12 ราย มีผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ประกาศขายที่เป็นไวน์ 575 รายการ สุรา

108 รายการ และสุราแช่ 49 รายการ ดังนั้นการใส่เทคโนโลยีเข้าไปน่าจะคุ้มค่า เทคโนโลยีชั้นสูงสามารถนำมาช่วยสร้างมาตรฐาน แก่ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ เช่น การสร้างมาตรฐานเรื่องรสชาติของ สาโท ด้วยการใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีการทำวิจัยอยู่ที่ ศูนย์นาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

ไร่องุ่นอัจฉริยะ (Thailand Smart Vineyard ตอนที่ 3)

ในเรื่องของชาก็เช่นเดียวกัน ภูมิปัญญาชาวบ้านต่างก็รู้ดีว่า ผลิตภัณฑ์ชาที่เก็บจากสวนเดียวกันในวันเดียวกัน แต่คนละแปลงปลูก ก็อาจจะให้กลิ่นรสที่แตกต่างกันได้ ดังนั้นไร่ชาในภาคเหนือที่เป็นสวนเล็กๆ มักจะรวมตัวกันเป็นสหกรณ์เพื่อที่จะออกข้อกำหนดร่วมกัน เช่น การพรวนดิน การรดน้ำ การให้ปุ๋ยเหมือนๆกัน เพื่อที่จะทำให้กลิ่นและรสของชาออกมาเหมือนๆกัน เพื่อเป็นผลดีต่อการกำหนดแบรนด์ของมัน อย่างไรก็ดี เกษตรกรของเราเองก็ยังไม่รู้ว่าเป็นอย่างที่คิดไว้จริงๆหรือเปล่า เนื่องจากยังไม่ได้มีการนำเทคโนโลยีตรวจวัดไอโมเลกุลหอมระเหยมาใช้งาน จะขอยกตัวอย่างที่ Napa Valley แหล่งผลิตไวน์อันเลื่องชื่อของมลรัฐแคลิฟอร์เนียนั้น เกษตรกรเจ้าของสวนถึงกับมีการศึกษาว่าสภาพแวดล้อมแบบไหนควรจะปลูกไวน์พันธุ์ใด แม้แต่ในสวนเดียวกัน หากสภาพแวดล้อม (Local Environment) แตกต่างกัน ก็อาจจะทำให้กลิ่นรสของไวน์แตกต่างกันได้ ทำให้ต้องกำหนดแบรนด์ให้เหมาะสมกับพื้นที่ปลูก เช่น ในสวนของ Mr. John Caldwell เกษตรกรรายหนึ่งใน Napa Valley เขาได้ทำการเก็บข้อมูลความชื้น อุณหภูมิ และแสงแดดที่ได้รับ จากนั้นจึงกำหนดพันธุ์ปลูกที่แตกต่างกันในพื้นที่ๆมีความลาดชันต่างกัน แม้จะอยู่ในไร่เดียวกันก็ตาม


ทำไมจึงควรสนใจที่จะตรวจวัดสภาพในไร่ในช่วง Pre-Harvest? ทั้งนี้เพราะราคาของผลิตภัณฑ์ที่มี Aroma ขึ้นอยู่กับโมเลกุลหอมระเหยที่สะสมเข้าไปในต้นพืชในช่วงที่เพาะปลูกอยู่ ซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมขณะเพาะปลูก การรู้ข้อมูลสภาพแวดล้อมขณะเพาะปลูกจึงเป็นข้อได้เปรียบ (ช่วง Post-Harvest เป็นช่วงที่ควบคุมง่ายกว่า เช่น กระบวนการหมักไวน์สามารถควบคุมให้เหมือนกันทุก Batchได้ไม่ยากนัก แต่การปลูกองุ่นให้มีน้ำองุ่นใกล้คียงกันทุกล็อต เป็นเรื่องที่แทบจะเป็นไปไม่ได้) เหตุนี้คณะวิจัยจึงต้องการพัฒนาระบบฮาร์ดแวร์และซอฟท์แวร์ที่มีความสามารถตรวจวัดสภาพล้อมรอบ (Ambient Sensing) ในขณะเพาะปลูกเพื่อนำมาใช้ทำความเข้าใจว่าสภาพแวดล้อมอย่างไร ให้กลิ่นและรสชาติออกมาแบบนี้ อันจะนำไปสู่ความสามารถในการวิศวกรรมกลิ่นหรือรสชาติ (Flavor Engineering) ต่อไปได้ เพื่อทำให้ GranMonte Smart Vineyard มีผลตอบแทนที่คุ้มค่ากับการนำเทคโนโลยีหลากหลายเหล่านั้นมาใช้

Electronic Nose for Food Industry (ตอนที่ 4 ตอนจบ)

· การเก็บรักษาอาหาร ปัจจุบันผู้ผลิตพยายามคิดค้นและพัฒนาวิธีการเก็บรักษาคุณภาพอาหารให้อยู่ได้นานๆ โดยรสชาติไม่เปลี่ยนแปลง จมูกอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาใช้วิเคราะห์รสชาติอาหารได้อย่างรวดเร็ว ทำให้งานวิจัยและพัฒนาทำได้ทันความต้องการ เช่น มีการศึกษาการเก็บไข่ปลาคอท โดยใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์ประเมินกลิ่นที่เปลี่ยนแปลงไปตามระยะเวลาต่างๆ การจำแนกกลิ่นของผลอัลมอนด์ที่ปลูกในถิ่นแตกต่างกัน ซึ่งจะทำให้รสชาติแตกต่างกัน

· ผลิตภัณฑ์จากนม ประเทศอุตสาหกรรมเกษตรหลายประเทศในยุโรป เริ่มมีการนำจมูกอิเล็กทรอนิกส์มาใช้ในการควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่มาจากนม เช่น นมสด เนย โยเกิร์ต

· ผลิตภัณฑ์ปรุงรส ในประเทศญี่ปุ่นได้มีการนำจมูกอิเล็กทรอนิกส์มาใช้ควบคุณคุณภาพซีอิ๊ว ซึ่งก็พบว่าสามารถทำงานได้ค่อนข้างดี สำหรับประเทศไทยซึ่งเป็นผู้ผลิตซ็อสปรุงรสรายใหญ่ของโลก รวมทั้งน้ำปลา จึงน่าจะมีงานประยุกต์ในอุตสาหกรรมประเภทนี้ได้หลากหลายทีเดียว ซึ่งปัจจุบันในการผลิตน้ำปลาของไทย ยังคงใช้นักชิมเป็นผู้ตรวจสอบคุณภาพการหมักเป็นหลัก ซึ่งก็มีปัญหาความเที่ยงตรงอยู่พอสมควร

· สมุนไพร และผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ เป็นหัวข้อที่เพิ่งจะได้รับความสนใจไม่นาน โดยมีการลองนำจมูกอิเล็กทรอนิกส์มาใช้จำแนกพืชพรรณ ที่ให้ผลิตภัณฑ์กลิ่น ซึ่งเป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมอาหารและยา ซึ่งจมูกอิเล็กทรอนิกส์สามารถนำมาใช้กำหนดคุณภาพและราคาของวัตถุดิบดังกล่าวได้ ก่อนนำมาสกัดสารออกฤทธิ์ที่อยู่ในต้นพืช

· ชาและกาแฟ ปัจจุบันประเทศไทยเป็นทั้งผู้ผลิตและผู้บริโภคชาและกาแฟรายใหญ่ ทำให้การประเมินคุณภาพวัตถุดิบและผลิตภัณฑ์มีความสำคัญ งานวิจัยจำนวนมากระบุว่าจมุกอิเล็กทรอนิกส์ค่อนข้างใช้ได้ดีกับผลิตภัณฑ์จำพวกนี้ กว่าเครื่องมือตรวจวิเคราะห์ชนิดอื่น เนื่องจากจมูกอิเล็กทรอนิกส์เลียนแบบจมูกมนุษย์ ผลการวิเคราะห์จากจมูกอิเล็กทรอนิกส์จะสัมพันธ์กับจมูกของคนเรา ซึ่งจะสามารถระบุความหอม น่าดื่มของชาและกาแฟได้ ปัจจุบันคณะวิจัยของไทยเราก็กำลังศึกษาเรื่องนี้อยู่

· ผลิตภัณฑ์สกัดจากพืช เช่น น้ำมันพืช น้ำมันไบโอดีเซล ก็สามารถใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์ประเมินคุณภาพได้ดีเช่นกัน เนื่องจากผลิตภัณฑ์ประเภทนี้จะมีสารหอมระเหยในอัตราส่วนที่ค่อนข้างสูง

นอกจากนั้นเทคโนโลยีของจมูกอิเล็กทรอนิกส์อาจนำไปใช้ผสมผสานกับเทคโนโลยีอื่นๆได้อีก เช่น นำไปติดกับหุ่นยนต์ทำให้หุ่นยนต์มีอวัยวะสัมผัสด้านกลิ่น การนำเซ็นเซอร์รับกลิ่นไปรวมกับเทคโนโลยีขี้ผงอัจฉริยะ (Smart Dust) ทำให้สามารถตรวจสอบเชื้อโรค สิ่งแปลกปลอม ในฟาร์มปศุสัตว์หรือโรงงานอุตสาหกรรม เป็นต้น ด้วยอภิคุณประโยชน์ของจมูกอิเล็กทรอนิกส์นี่เอง ประเทศต่างๆทั้งในยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น แม้แต่ประเทศกำลังพัฒนาอย่างบราซิลและอาร์เจนตินาซึ่งมีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ล้วนแล้วแต่ขะมักเขม้นทำวิจัยทางด้านนี้ โดยเฉพาะยุโรปได้ก่อตั้งเครือข่ายจมูกอิเล็กทรอนิกส์ขึ้นมาถึง 2 เครือข่ายเพื่อต้องการรักษาความเป็นผู้นำต่อไป ประเทศไทยซึ่งมีความหลากหลายทางด้านทรัพยากรชีวภาพ เป็นผู้นำในการผลิตอาหารของโลกเองดูจะยังหลับใหลในเรื่องเหล่านี้ ทั้งๆที่การพัฒนาเทคโนโลยีของจมูกประดิษฐ์นั้นความได้เปรียบอยู่ที่ความเป็นเจ้าของปัญหาหรือสารตัวอย่าง ซึ่งประเทศไทยมีให้ศึกษาได้มากมาย เอาแค่เรื่องอาหารอย่างเดียว เราก็มีงานประยุกต์ให้ใช้จมูกอิเล็กทรอนิกส์มากกว่าทุกประเทศในยุโรปแล้ว

Electronic Nose for Food Industry (ตอนที่ 2)

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


กล่าวโดยสรุป ระบบรับรู้กลิ่นของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบด้วย

1. ส่วนรับกลิ่นซึ่งรวมถึงตัวรับกลิ่นและระบบนำกลิ่นเข้ามา


2. ระบบนำสัญญาณประสาทซึ่งรวมถึงระบบส่งและขยายสัญญาณ


3. ระบบประมวลผลซึ่งจะสามารถแยกแยะและจดจำกลิ่นได้

จมูกอิเล็กทรอนิกส์ก็จะมีลักษณะที่เลียนแบบระบบรับรู้กลิ่นในธรรมชาติดังนี้

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

Electronic Nose for Food Industry (ตอนที่ 1)

ระบบสัมผัสของมนุษย์นั้นมี ตา หู จมูก ลิ้น กาย ที่เราเรียกกันว่าสัมผัสทั้งห้า ซึ่งปัจจุบันเราก็ค่อนข้างมีความเข้าใจในประสาทสัมผัสต่างๆ เหล่านั้นเป็นอย่างดี ยกเว้น สัมผัสทางด้านกลิ่น ซึ่งเราเพิ่งจะเริ่มศึกษาและพัฒนาความเข้าใจพื้นฐาน การทำงานของมันเมื่อไม่นานมานี้เอง ทั้งนี้อาจจะเป็นเพราะว่า เราไม่ค่อยเห็นความสำคัญของมัน ทั้งๆ ที่ความสุขในชีวิตของมนุษย์เราในเรื่องการรับประทานอาหาร นั้นขึ้นอยู่กับการทำหน้าที่อย่างสมบูรณ์ของจมูก เพราะลิ้นที่รับรสนั้นบอกได้แต่เพียง หวาน เปรี้ยว ขม เค็ม เท่านั้น แต่จมูกต่างหากที่บอกว่าข้าวหน้าเป็ดต่างจากข้าวมันไก่อย่างไร อร่อยหรือว่าไม่ได้เรื่อง สำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆนั้น การทำหน้าที่รับกลิ่นของจมูก หรือ ระบบสัมผัสไอโมเลกุล มีความสำคัญต่อการอยู่รอดเผ่าพันธุ์ของมันเลยทีเดียว

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่สิ่งมีชีวิตชั้นต่ำอย่างแบคทีเรีย มาจนถึงสิ่งมีชีวิตชั้นสูงอย่างมนุษย์ ล้วนมีระบบสัมผัสที่ตอบรับกับโมเลกุลเคมีต่างๆที่มีอยู่รอบตัว (Molecular Sensing) ซึ่งมีความสำคัญกับการดำรงชีพ เช่น เป็นสัญญาณของอาหาร การจดจำถิ่นที่อยู่ เวลาของการผสมพันธุ์ ไปจนถึงสัญญาณเตือนภัยต่างๆ สิ่งมีชีวิตชั้นสูง เช่นมนุษย์นั้นได้พัฒนาระบบการรับรู้โมเลกุลเคมี จนก้าวหน้าไปอย่างมากทั้งระบบฮาร์ดแวร์ที่ประกอบด้วยต่อมรับกลิ่น ไปจนถึงระบบประสาทที่ส่งสัญญาณไปประมวลผลที่สมอง กับ ระบบซอฟท์แวร์ที่สามารถจดจำ ประมวลผล ในรูปแบบของความรู้สึกถึง “กลิ่นและรส” ได้ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิด เช่น หนูแฮมสเตอร์นั้น มียีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่เป็นโมเลกุลรับกลิ่น (receptor) ถึง 1000 ยีน คิดเป็น 3% ของจีโนม (รหัสพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต) ของมันเลยทีเดียว นั่นย่อมแสดงให้เห็นว่า ประสาทสัมผัสในเรื่องการรับรู้กลิ่นและไอระเหย มีความสำคัญเพียงใด

เมื่อคนเราสูดดมอากาศเข้าไป อากาศจะนำพาไอของโมเลกุลเข้าไปในโพรงจมูก ซึ่งกระแสลมแปรปรวน (Turbulence) ในโพรงจมูกจะช่วยทำให้ไอโมเลกุลนั้นเกิดการสัมผัสกับต่อมรับกลิ่น (Odor Receptor) ซึ่งอยู่บนเซลล์ประสาทรับกลิ่น โดยปลายข้างหนึ่งของเซลล์นี้จะไปรวมกันที่ต่อมรวมประสาท (Glomeruli) ซึ่งมันจะทำหน้าที่ขยายสัญญาณ แล้วนำสัญญาณประสาทส่งไปสู่สมองส่วนที่เรียกว่า Olfactory Cortex ทั้งนี้ด้วยความพยายามในการค้นคว้าวิจัยของผู้ได้รับรางวัลโนเบลทั้งสองท่าน คือ Richard Axel กับ Linda B. Buck ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ เมื่อปี ค.ศ. 2004 ทำให้เราทราบว่าเซลล์ประสาทรับกลิ่นแต่ละเซลล์นั้นจะมีโมเลกุลรับกลิ่นอยู่เพียงชนิดเดียวเท่านั้นจากเป็นพันชนิด เซลล์รับกลิ่นที่มีโมเลกุลรับกลิ่นชนิดเดียวกันจะส่งสัญญาณไปที่ต่อมรวมประสาทแบบเดียวกัน ทำให้สมองแยกแยะได้ว่าสัญญาณที่เข้ามานั้นมากจากเซลล์ที่มีโมเลกุลรับกลิ่นแบบไหน ซึ่งสมองก็ต้องทำการประมวลผลอย่างหนักเหมือนกัน เพราะมีประเภทของโมเลกุลรับกลิ่น (ยีน) เป็นพันชนิด มีเซลล์รับกลิ่นเป็นล้านเซลล์ ที่ส่งสัญญาณมายังท่อรวมสัญญาณนับหมื่นเส้น

ระบบการรับรู้กลิ่นนั้นมีความซับซ้อนมาก มนุษย์ที่ถูกฝึกมาโดยเฉพาะเช่น นักดมน้ำหอม อาจมีความสามารถจดจำกลิ่นได้ถึง 10,000 ชนิด สำหรับคนทั่วไปนั้นจะจดจำกลิ่นได้จำนวนในหลักร้อยหรือพันเท่านั้น โดยสามารถแยกแยะกลิ่นไปต่างๆนานา ตามประสบการณ์ของตน เช่น กลิ่นไหม้ กลิ่นเปรี้ยว กลิ่นวานิลลา กลิ่นโลหะ กลิ่นหืน กลิ่นกุหลาบ กลิ่นกาแฟ และอื่นๆ โดยจมูกมนุษย์นั้นมีข้อจำกัดที่ไม่สามารถจับกลิ่นที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่หนักกว่า 300 ดาลตัน (หนักเท่าไฮโดรเจน 300 อะตอม) ทำให้ไม่สามารถดมกลิ่นที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง รวมทั้งก๊าซพิษหลายๆ ชนิด เช่น คาร์บอนมอนนอกไซด์ เป็นต้น อีกทั้งการระบุกลิ่นก็ไม่เที่ยงตรง แต่ละคนจะมีความรู้สึกไม่เท่ากัน ที่สำคัญที่สุดคือ ไม่สามารถระบุกลิ่นในเชิงปริมาณได้ รู้เพียงว่ากลิ่นแรงหรืออ่อนๆ เท่านั้น ดังนั้นจึงเกิดแนวคิดในการวิศวกรรมเรื่องระบบดมกลิ่นขึ้น โดยการเลียนแบบจมูกมนุษย์ด้วยการสร้างอุปกรณ์ที่เรียกว่า จมูกอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Nose) ขึ้นมา