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真正“嗅到”气味的电子鼻

来源:环球科学

图片来源:Amy Simmons/布朗大学

目前人们也在测试电子嗅探器在检测疾病方面的性能,比如通过一个人的呼吸探测其血糖浓度,或者由粪便气味辨别肠道疾病。这时,一个“电子鼻”就比一个真正的鼻子好多了,是吧?

在美国罗德岛州的布朗大学,电子工程师Jacob Rosenstein和其同事通过一种能够真正吸入气体的装置让电子鼻更接近真实的鼻子。该装置按预先设置的模式从四个通道吸入气体,再让气体通过化学和机械传感器。

“我们很自然地想要扩展电子鼻的功能,添加更多的环境信息,” Rosenstein说。除了“嗅”,他们名叫TruffleBot的设备也检测微小的气压和温度变化——它们也是可以被用于识别气体的物理特征。举个例子,在你下一个“happy hour”(减价供应饮料等的时间),可以发现一个有趣的事实:啤酒的气味会因为酒精蒸气的物理特性让气压有微小下降,气温微小上升。

在上周克利夫兰举行的BioCAS2018大会上发表的论文中,Rosenstein的团队展示了他们为电子鼻添加的这些新信息使设备的精确度从80%上升到了95%。

电子鼻的结构有很多,但是大部分仅仅依靠化学传感器,比如说金属氧化物或导电聚合物。TruffleBot更进了一步:位于树莓派(Raspberry Pi,微型电脑)顶部的一块3.5英寸×2英寸的电路板配有8对传感器(4排2列),每一对传感器包括用于检测蒸气的化学传感器和一个用于检测气温和气压的机械传感器(电子气压计)。

接下来就是吸嗅控制:气体样本通过微型空气泵压入传感器,其中微型空气泵可以由程序控制以设定的模式吸入一阵阵气体。“当动物想要嗅到气味,它们不会仅仅被动地把自己暴露在气体中。它们会主动地吸入气体——采集空气并四处移动——这样收到的信号就不是静态的了。” Rosenstein说。

团队分析了9种气味,包括苹果醋、酸橙汁、啤酒、葡萄酒还有伏特加(以环境空气为对照组),发现单一的化学传感器精准确定一种气味的成功率为80%。加上吸入气体的步骤后精确度达到了90%。加入气压和气温传感器分析后,电子鼻的成功识别率达到了95%。

Rosenstein说明,这个系统更换其他种类的化学传感器十分方便,而且这整个系统相对而言也不贵——样机的零件只需150美元。

接下来,工程师们将着力于在改善设备的精确度和反应时间方面,为设备添加新的空气通道和采样系统。“我们当然要在改进物理性质方面下功夫。” Rosenstein说。研究由DARPA赞助,该组织有资助传感器技术研究的历史。

作者:Megan Scudellari

翻译:王嘉钰

本文来自:环球科学
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