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科学家开发全新电子鼻，利用机器学习来模仿狗的嗅觉

据外媒New Atlas报道，受狗狗不可思议的嗅觉启发，科学家们一直在开发和演示不同类型的“电子鼻”，可以嗅出癌症、神经气体甚至爆炸物等东西。 据称，一个新的例子是通过将这些设备与机器学习配对，模仿犬类解释不同气味的能力，从而提高这些设备的灵敏度和能力。

这款新设备是一个国际研究团队的作品，已经开发了好几年，团队对其传感器检测空气中不同分子的能力进行了微调。这些努力已经取得了进展，该系统可以检测和识别微小的分子痕迹，灵敏度是狗鼻子的200倍，但像狗一样“解释”这些分子的含义，是该技术一直缺乏的地方。

“这些狗不懂任何化学，”来自麻省理工学院的研究作者Andreas Mershin说。“它们不会看到脑海中出现一个分子列表。当你闻到一杯咖啡的味道时，你不会看到一个名称和浓度的列表，你会感觉到一种综合的感觉。这种对气味特征的感觉就是狗能挖掘的东西。”

为了将这些点联系起来，该团队建立了一个机器学习算法，对从前列腺癌患者和对照组中提取的50份尿液样本进行了训练。通过分析每组样本周围空气中的分子差异和相似性，该程序就能以高可靠性识别代表疾病的挥发性有机化合物的模式。

“我们知道传感器在探测极限方面已经比狗能做的更好，但我们之前没有证明的是，我们可以训练一个人工智能来模仿狗。”Mershin说。“而现在我们已经证明了我们可以做到这一点。我们已经证明，狗所做的事情可以在一定程度上被复制。”

在后续测试中，研究人员表示，他们的系统在识别前列腺癌方面能够与狗的准确率相媲美，都达到了70%以上的成功率。该系统的进一步发展还需要更多的研究，但该团队希望有一天能将该技术压缩成一种气味检测器，可以内置在智能手机中，就像现在的摄像头一样。

该研究发表在《PLOS One》杂志上。

清华“电子鼻”研究，有望诊断癌症、流感等疾病

近日，清华大学机械系长聘副教授胡楚雄团队在电子鼻仿生嗅闻研究中取得新进展。该团队提出了一种用于电子鼻气体采样的仿生嗅闻策略，通过模仿专业品酒师的嗅闻方法，提升对不同气体的感知辨识能力。该成果有望应用于多样化的复杂气味检测分析场景。

胡楚雄介绍，传统的电子鼻气体采样往往采取单次进样策略，得到的电子鼻传感信号缺乏有效的动态特征。本次研发的核心是一套具有仿生肺的电子鼻设备 ，科研人员采用可编程注射泵模拟仿生肺结构，基于催化化学发光原理设计制造了气体传感阵列，可及时响应嗅闻引发的动态气流变化并输出响应信号。与传统电子鼻气体采样相比，该方法对不同气体的感知辨识能力有显著提升。

实验中，科研人员首先对乙烯、乙炔、丁烷3种挥发性有机物气体，分别使用传统单次进样方法与仿生嗅闻策略采样后，开展辨识探究。结果显示，在传统气体进样方法下，传感器响应幅值与气体浓度成正比，但无法提取有效的挥发性有机物气体种类信息。而在仿生嗅闻策略下，传感器的时序信号波形具有明显的区分度，可直接通过主成分分析辨识气体种类和浓度。

随后，科研人员又将试验品换成了不同种类的烈酒。结果再次证明，相较于传统单次进样方法，仿生嗅闻策略可将电子鼻设备对不同烈酒的辨识准确度从81.94%提升到95.83%，实现了对不同烈酒种类的高准确度辨识。

该研究成果日前以“像品酒师一样嗅闻：多重重叠嗅闻策略增强电子鼻的气味辨识能力”为题发表在《先进科学》上。胡楚雄说，仿生嗅闻策略有望应用于多样化的复杂气味检测分析场景中，例如基于人体呼出气对癌症、流感、糖尿病等疾病进行无损诊断，基于有害气体进行爆炸物搜寻与火灾隐患预警，基于香气检测对白酒、茶叶品质开展评估与真伪鉴别。