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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 點擊量：619
近日，華中科技大學集成電路學院劉歡教授牽頭的“量子人工嗅覺”青年團隊，在半導體材料與人工智能交叉領域取得重要突破，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，被世界衛生組織列為致癌物。中毒多見于新裝修環境、新家具或職業暴露，其危害程度與接觸濃度呈正相關，空氣中濃度達0.1mg/m³即可引發不適，30mg/m³可致死。
如何快速、準確地“聞”出甲醛的濃度？華中科技大學集成電路學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，在半導體材料與人工智能交叉領域取得重要突破。
研究團隊為電子鼻機器嗅覺設計了一套“材料-算法協同優化”(MACO)的“黃金組合”：一方面，通過調控半導體氣敏材料的表面活性和電子結構，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，用機器學習算法給傳感器“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“反應數據”，實現動力學特征組合編碼，再通過線性判別分析(一種數據分析方法)解碼這些信號，就像給不同氣體蓋上了“電子指紋”。
實驗顯示，經過材料-算法協同優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，團隊還發現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量作用定律(類似化學反應中物質濃度的規律)，這為后續迭代設計提供了清晰的理論指導。即使面對甲醛與其他氣體的混合環境，這個“電子鼻”也能快速適應，給出可靠的檢測結果。
隨著技術的不斷優化升級，未來有望廣泛應用在工廠廢氣監控、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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