ثمة النظرية التقليدية المعروفة بنظرية القفل والمفتاح، ونظرية الاهتزاز، ونظرية بطاقة المرور التي تعتمد على شكل جزيئة العطر، ونظرية الاهتزاز غير المرن الجزيئة مستقبلة تمكّن من تسرب الإلكترون بقدرتها على الاهتزاز بنفس التردُّد، والذي يُفضي إلى نقل الإشارة من المستقبل الشمي إلى الدماغ وتمييزها. وانطلاقًا من كون المواد العطرية هي مواد كيميائية طيَّارة، يمكن أن تتفاعل مع مواد كيميائية أخرى، اكتشفت عددًا من المتحسّسات الكيميائية للروائح. ومع صعود التقنية النانوية، صار بالإمكان تطوير آلات دقيقةٍ تُساعد في كشف الروائح لبعض الأغراض العلمية أو الصناعية أو الأمنية وصولاً إلى الأنف الإلكتروني. أول من سَنَّ مصطلح الأنف الإلكتروني P. N. Bartlett J. W. Gardner سنة 1988 م، وعرَّفا الأنف الإلكتروني على أنه جهاز يتضمن مجموعة من المتحسّسات الكيميائية الإلكترونية ذات خصوصيةٍ جزيئية ومنظومة، تُعرّف على أنماط مناسبة قادرة على التعرُّف على الروائح البسيطة أو المعقدة. وحيث إن هذه الأجهزة لا تتحسس الروائح فقط، فقد اقترح (2013) Ramgir تعريف الأنف الإلكتروني على أنه: منظومة تحسس كيميائية ذكية، تُحاكي المنظومة الشمِّية في اللبائن. ومع أن كفاءة الأنف الإلكتروني أقل كثيرًا من منظومة الشم في اللبائن، إلا أنها يمكن أن تُستخدم لأغراض تتفوق بها على المنظومة الطبيعية.

يتألف الأنف الإلكتروني من مجموعة من المتحسّسات الكيميائية، دوائر إلكترونية وبرامج تحليل معلومات. كما يمكن أن يحتوي أيضًا على أخذ العينات، الترشيح، ومنظومة تكييف التكرارية جمع المزيج، كما في الشكل 16-11.

شكل 16-11: رسم تخطيطي لمقارنة الأنف الإلكتروني مع منظومة الشم في اللبائن. محور عن: (2013) Ramgir.

وتماشيا مع نظرية الاهتزاز في تحسس الروائح بيولوجيا، صمم (2018) ,.Patil etal أنفا إلكترونيًا وهو دايود تسرب اهتزازي (Resonant tunneling diode (RTD ثُنائي الحاجز، أُحادي البعد، مستندين على مبدأ مطيافية التسرُّب الإلكتروني غير المرن Inelastic electron tunneling spectroscopy (IETS) المحفّز بالفوتونات. وفي الوقت الذي يتطلب نظام IETS القياسي العمل في درجات الحرارة الواطئة لتفادي التوسيع الحراري للقمم المطيافية، فإن الاحتواء الكمومي في بئر RTD يُوفِّر ترشيح الطاقة الإلكترونية، وبذلك يسمح بعمل المنظومة في درجة حرارة الغرفة. كما وجد الباحثون أن قمم IETS المقابلة للجزيئات الغريبة المدمصة التي تنحرف بنغمة أحادية مع طاقاتها الاهتزازية، تمكن من التحسس الانتخابي (شكل 16-12).

شكل 16-12: (a) شبكة ثلاثيى الابعاد من الاسلاك النانوية. (b) من اليسار الى اليمين – ترتيب جزيئي، تركيب تخطيطي ومخطط بياني للحزمة (متضمنا توضيحا للتسرب المحفز بالفوتونات) لسلك دايود التسرب الاهتزازي RTD النانوي. (c) من اليسار الى اليمين سلك نانوي مع RTD متناظرة مربوطة على التوالي وتقابل مخططا بيانيٍّا للحزمة. (d) من اليسار الى اليمين سلك نانوي مع RTD غير متناظر ويقابل مخططا بيانيا للحزمة. محورة عن: Patil et al., (2018).

للجزيئات الغريبة المدمصة التي تنحرف بنغمة أحاديةٍ على طول نسق الفولتية مع طاقاتها الاهتزازية، تمكّن من التحسس الانتخابي (شكل 16-12). لاحظ الباحثون أن حاجزًا واحدًا من حواجز RTD التي هي على جانب المرسل، يكون فعالًا لتحسس الجزيئات الغريبة. إن تصميم RTD المعروض في هذا البحث، يمكن أن يتحسس جزيئات ذات طاقة اهتزاز بحدود 0.09 إلى 0.15 إلكترون فولت. علمًا أن جزيئات المواد المتفجِّرة مثل: (Nitramine (RDX وTNT وأستر النترات (PETN) لها طاقات اهتزاز تقع ضمن هذا المدى. ولغرض كشف روائح أنواع أخرى من الجزيئات يمكن تحوير ارتفاع وعرض الـ RTD لتغيير مدى طاقة التحسس، واستخدام أعدادٍ مضاعفة من RTD مرتبطة لقياس كل طيف الاهتزاز. إن وسيلة التحسس هذه تُقرِّب الباحثين أكثر من محاكاة آلية الشم في الحيوانات، والتمكن من تحقيق الأنف الإلكتروني الفعال.