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研究團隊破解機器嗅覺新密碼:用“電子鼻”精準捕捉甲醛

2025年07月31日 13:51:27 來源:化工儀器網(wǎng) 點擊量:3152

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”青年團隊,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”精準捕捉甲醛。

  甲醛為無色強刺激性氣體,易通過呼吸道或皮膚接觸進入人體,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0.1mg/m³即可引發(fā)不適,30mg/m³可致死。
 
  如何快速、準確地“聞”出甲醛的濃度?華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院劉歡教授團隊的最新研究,給出了一個巧妙的解決方案。
 
  近日,劉歡教授牽頭的“量子人工嗅覺”青年團隊,在半導(dǎo)體材料與人工智能交叉領(lǐng)域取得重要突破。
 
  研究團隊為電子鼻機器嗅覺設(shè)計了一套“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,用機器學(xué)習(xí)算法給傳感器“裝大腦”——將多個傳感器組成陣列,采集它們接觸氣體時的動態(tài)“反應(yīng)數(shù)據(jù)”,實現(xiàn)動力學(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,就像給不同氣體蓋上了“電子指紋”。
 
  實驗顯示,經(jīng)過材料-算法協(xié)同優(yōu)化的電子鼻不僅能精準識別甲醛,還能像精密天平一樣“稱”出它的濃度。更厲害的是,團隊還發(fā)現(xiàn)了電子鼻機器嗅覺的“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“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,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
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