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机器如何闻到味道?解析仿生电子鼻的嗅觉模拟

发布于2019-06-24 16:51:45,机器如何闻到味道?解析仿生电子鼻的嗅觉模拟,Kotoo科技新闻网(http://www.kotoo.com)
 

机器如何闻到味道?解析仿生电子鼻的嗅觉模拟

我们的嗅觉是依靠位于鼻腔中的嗅觉组织,其中特殊的嗅觉受体细胞,能传递气味分子的化学讯号转换为电波讯号,并透过嗅球传递至脑部,帮助脑部进行嗅觉解析,而大脑皮质会将这些气味分别进行归档整理,因此能够产生对于各种气味的记忆。例如,当我们闻到食物腐败的气味时,大脑会对比于新鲜食物的气味记忆,使我们可以确认气味的异同。

电子鼻感测的科学原理

电子鼻是近年来迅速发展起来的研究领域,为可模拟人类感官分析的电子分析软件。起源 1982 年于英国 Warwick 大学的 Persaud 和 Dodd 模拟哺乳动物嗅觉系统的结构及原理,提出了以感测器矩阵技术为基础的电子鼻,才让这些主观的感觉有了科学化的基础。

▲ 左侧是侦测气体的感测器主体,在右侧平板上可显示分析结果。

国立清华大学电机系郑桂忠教授研究电子鼻十余年,郑教授介绍电子鼻的应用原理,他在芯片表面涂上一层含碳的高分子材料,这是模拟我们的嗅觉受体细胞;当高分子接触到气体时,高分子就会膨胀变大,改变了高分子原先的电阻。

▲可替换电阻式感测阵列芯片。

在感测器矩阵中配置 8~9 种不同的高分子材料芯片感测器,当不同成分的气味分子接触到感测器阵列时,会使每个感测器产生程度不同的电阻变化,不同气体及浓度会让阵列中各感测器产生不同的电阻数据,透过统计分析与预先建立的数据库比对出气体的种类,最后透过电子屏幕及图像显示,如此便成为该气味独特的电阻组合图,就像不同的气体有不同的身份辨识的指纹图。

▲常见肺炎细菌指纹图。(Source:清大电机系郑桂忠教授实验室)

电子鼻的应用范围

电子鼻的技术特色为检测速度快,重复性好,还能检测一些人鼻不能检测的气体,又可以避免人为误差,所以可应用的范围非常广泛。例如食品工业用做食品保存监控及风味鉴定;环境保护方面可用作监测汽机车废气、工业废气等有害气体;在军事上用于毒性气体监测等。

近年来电子鼻技术延伸应用在疾病的快筛检测上,如同中医诊断方式望、闻、问、切的“闻”来诊断。例如肺炎病患可能是由不同的细菌引发感染,因为细菌的新陈代谢也会产生气体,因此不同种类细菌感染引发的肺炎,病人呼出的气味也会有差异,透过电子鼻快速筛检出可能的细菌类型,便可提供医疗人员在病人发病初期作选择药物的参考,可提高投药的准确率,比一般透过细菌培养确认病菌需耗费 4~5 天的时间更有效率得多。最新的研究显示,未来医生可以让病人利用电子鼻做简单的呼吸测试,就可以筛检出肺癌。

(本文由 科技大观园 授权转载;首图来源:pixabay)

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