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研究團(tuán)隊(duì)破解機(jī)器嗅覺新密碼：用“電子鼻”精準(zhǔn)捕捉甲醛
2025年07月31日 13:51:27
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：3296
近日，華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院劉歡教授牽頭的“量子人工嗅覺”青年團(tuán)隊(duì)，在半導(dǎo)體材料與人工智能交叉領(lǐng)域取得重要突破，用“電子鼻”精準(zhǔn)捕捉甲醛。
甲醛為無色強(qiáng)刺激性氣體，易通過呼吸道或皮膚接觸進(jìn)入人體，長期低濃度接觸可致慢性呼吸道疾病、白血病等，被世界衛(wèi)生組織列為致癌物。中毒多見于新裝修環(huán)境、新家具或職業(yè)暴露，其危害程度與接觸濃度呈正相關(guān)，空氣中濃度達(dá)0.1mg/m³即可引發(fā)不適，30mg/m³可致死。
如何快速、準(zhǔn)確地“聞”出甲醛的濃度？華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院劉歡教授團(tuán)隊(duì)的最新研究，給出了一個(gè)巧妙的解決方案。
近日，劉歡教授牽頭的“量子人工嗅覺”青年團(tuán)隊(duì)，在半導(dǎo)體材料與人工智能交叉領(lǐng)域取得重要突破。
研究團(tuán)隊(duì)為電子鼻機(jī)器嗅覺設(shè)計(jì)了一套“材料-算法協(xié)同優(yōu)化”(MACO)的“黃金組合”：一方面，通過調(diào)控半導(dǎo)體氣敏材料的表面活性和電子結(jié)構(gòu)，讓氣體傳感器對甲醛更“敏感”、相比對其他干擾氣體更“專一”；另一方面，用機(jī)器學(xué)習(xí)算法給傳感器“裝大腦”——將多個(gè)傳感器組成陣列，采集它們接觸氣體時(shí)的動(dòng)態(tài)“反應(yīng)數(shù)據(jù)”，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)特征組合編碼，再通過線性判別分析(一種數(shù)據(jù)分析方法)解碼這些信號(hào)，就像給不同氣體蓋上了“電子指紋”。
實(shí)驗(yàn)顯示，經(jīng)過材料-算法協(xié)同優(yōu)化的電子鼻不僅能精準(zhǔn)識(shí)別甲醛，還能像精密天平一樣“稱”出它的濃度。更厲害的是，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了電子鼻機(jī)器嗅覺的“底層邏輯”：傳感器陣列的組合編碼原理遵循質(zhì)量作用定律(類似化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)濃度的規(guī)律)，這為后續(xù)迭代設(shè)計(jì)提供了清晰的理論指導(dǎo)。即使面對甲醛與其他氣體的混合環(huán)境，這個(gè)“電子鼻”也能快速適應(yīng)，給出可靠的檢測結(jié)果。
隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化升級(jí)，未來有望廣泛應(yīng)用在工廠廢氣監(jiān)控、家庭空氣凈化，甚至火星探測等需要“聞”氣體的場景。
素材來源：科技日報(bào)
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