突破！AI机器人拥有嗅觉！仿生嗅觉芯片研究登上Nature子刊

夕小瑶科技说 原创
作者 | Zicy
我们一直梦想着让AI与人类能够更加相似，赋予它们视觉与听觉。而让机器人拥有嗅觉一直以来面临着巨大的困难。

香港科技大学范志勇教授领导的研究团队凭借最新研发的仿生嗅觉芯片（BOC）在这一领域取得了重大突破。该研究成果目前已被发表到IF 38.6的Nature子刊《Nature Electronics》上，原文链接为：

https://www.nature.com/articles/s41928-023-01107-7

人工嗅觉困难重重

给机器人装上"鼻子"绝非易事，早在1982年，Davide等人就提出了电子鼻的概念，他们通过一组化学传感器对气味进行检测，然后使用模式识别算法来区分不同的气味^[1]。

随着传感器技术和AI算法的发展，也诞生了不少人工嗅觉方面的研究，但最主要的问题有两个：

1、灵敏度问题：在现实场景中气体通常是混合物，这就很难准确识别和量化每种成分。

2、小型化问题：人类只需要一个鼻子就能感受各种气味，而电子鼻需要各种专门的传感器来识别气体的不同组分，这就使得传统的电子鼻体积庞大，非常笨重。

这看似是相互冲突的两个问题，因为电子鼻灵敏就意味着设备更加复杂，就会更加笨重。但在范教授的研究中，仿生嗅觉芯片有效处理了这个问题。

仿生嗅觉芯片（Biomimetic Olfactory Chips，BOC）

BOC模仿人类感受气味的方式，将10,000个微型气体传感器放到一片芯片上，而且这些传感器的排列方式与生物嗅觉系统非常相似。

此外，这些传感器本身也非常灵敏，可以检测到各种微量的气体和挥发性有机化合物。并且这些传感器构建在具有微小孔隙的基板上，为气体相互作用提供了较大的表面积，从而进一步提高了芯片的灵敏度，对混合气体和 24 种不同的气味都具有出色的辨别能力。

从传感器获得数据后，输入到人工神经网络，这一步模拟了人类嗅觉中枢的功能，给出气味的判断。

一片芯片的无限可能

研究人员将BOC和CV算法结合起来，创建了一个嗅觉和视觉相结合的机器人。这种独特的设置使机器人能够准确识别盲盒中的物体，这一跨界探索向我们展示了BOC技术在与其他传感器技术结合时的巨大潜力。

正是这种跨界的可能性，让BOC技术的应用前景变得无比广阔。在食品行业，BOC的高灵敏度使其成为品质控制的利器，能够检测食品腐败的早期迹象，确保消费者的餐桌安全。同时，它在环境监测领域同样可以发挥作用，用于识别有害气体和污染物。

医疗领域也可以从BOC技术中受益，BOC能通过分析患者的呼吸或体液，检测到特定挥发性有机化合物，为多种疾病提供早期诊断的可能。

在工业生产中，BOC可以实时监控生产过程中的安全状况，确保产品达到高质量标准。此外，它还能检测潜在的气体泄漏并监控有害排放，为企业提供了一层额外的安全保障。

范教授说：“未来，随着合适的生物相容性材料的开发，我们希望仿生嗅觉芯片也能被放置在人体上，让我们闻到通常闻不到的气味。它还可以监测我们呼吸和皮肤中挥发性有机分子的异常，警告我们潜在的疾病，从而进一步发挥仿生工程的潜力。”^[2]

总之，BOC不仅代表了科技的边界被再次推进，也代表了人类对于模仿自然、超越自然的不懈追求。智能技术正在创造一个更加丰富、细腻且充满可能性的世界。

参考资料