AI电子鼻精准识别各种气味，用于医疗保健和环境监测
2025-07-12 17:05:30 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该电子鼻可以像人类嗅觉系统一样识别气味，并借助人工智能进行分析。该技术可将气味分子转化为电信号，并根据其独特的模式训练人工智能模型。在个性化医疗保健、化妆品行业以及环境监测等领域具有巨大的应用前景。
据麦姆斯咨询报道，近期，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）Hyuk-jun Kwon教授牵头的研究团队开发出一款“下一代人工智能（AI）电子鼻（E-nose）”。该电子鼻可以像人类嗅觉系统一样识别气味，并借助人工智能进行分析。该技术可将气味分子转化为电信号，并根据其独特的模式训练人工智能模型。在个性化医疗保健、化妆品行业以及环境监测等领域具有巨大的应用前景。相关研究成果以“Intelligent Olfactory System Utilizing In Situ Ceria Nanoparticle-Integrated Laser-Induced Graphene”为题发表在ACS Nano期刊上。
（a）人类嗅觉系统由嗅觉受体、嗅球和嗅皮层组成；（b）掺杂二氧化铈的激光诱导石墨烯（CeLIG）阵列的制备工艺，用于模拟嗅觉受体；（c）用于气味预测的可区分响应模式和机器学习（ML）过程；（d）九种气味分子的预测。
传统的电子鼻虽已在食品安全检测、工业气体监测等领域有所应用，但在区分相似气味的细微差别以及分析复杂气味成分方面仍存在不足。比如，现有的电子鼻系统难以分辨香型相近的花香，也不易检测出水果临近变质时散发的微弱气味。这些不足促使人们对精度更高、灵敏度更强、适应性更好的下一代电子鼻技术产生了迫切需求。
研究团队从“组合编码”这一生物机制中获得灵感。在该机制下，单个气味分子会激活多个嗅觉受体，进而形成独特的神经信号模式。受此启发，研究团队设计出了特殊的气味传感器，它能通过产生不同的电信号组合来响应气味分子。
人工智能系统通过学习这些复杂的信号模式，得以精准识别和分类各种各样的气味，从而构建出超越现有电子鼻技术的高性能人工嗅觉平台。
新型AI电子鼻运用激光加工薄碳基材料（石墨烯），并结合二氧化铈纳米催化剂，构建出了高灵敏度的传感器阵列。其采用的单步激光制造法，无需复杂的制造设备，实现了集成传感器阵列的高效生产。
CeLIG传感器阵列的化学和物理多样化
在性能测试中，该AI电子鼻成功识别出香水和化妆品中常用的九种香味，准确率超95%。它还能估算出每种气味的浓度，适用于精细化的嗅觉分析。
不同气味剂的CeLIG响应数据，所有测量均在室温下进行，未使用加热器。
基于机器学习算法的气味分类
该AI电子鼻具备超薄、柔韧且耐用的特点，是可穿戴设备以及贴在皮肤或衣服上的智能贴片的理想选择。它能在半径2.5毫米的条件下弯曲3万次以上，且性能不会下降。
Hyuk-jun Kwon教授表示：“我们这项研究的核心创新点在于，借助一步选择性激光制造工艺，把多个具有不同特性、类似人类鼻子的气味敏感传感器集成到一个单元中。目前，我们正积极推进技术开发和商业化进程，致力于将其应用于个人医疗保健、环境污染监测以及香水行业。”
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c03601
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