科学家结合纳米技术与深度学习构建超小型电子鼻系统，用于实时气体识别

Josiah02 · 发表于 2024-9-9 16:36:56

一种新型超小型电子鼻（e-nose），以超低功耗运行，为空气质量监测、健康诊断、食品安全和环境保护等各个领域的应用开辟了可能性。
韩国蔚山科学技术大学机械工程系的 Heungjoo Shin 教授和电气工程系的 Jae Joon Kim 教授通过结合纳米技术和深度学习，成功实现了一种能够准确测量气体类型和浓度的电子鼻。
新开发的电子鼻采用基于纳米加热器的半导体气体传感器。与由于工作温度高而消耗大量电力的传统传感器不同，该传感器的工作功率不到 200 微瓦，非常适合移动和物联网设备。此外，由于它利用了半导体制造工艺，因此生产效率很高。
现有电子鼻的高功耗问题已通过传感器的小型化以及占空比技术的引入而得到缓解。该技术通过定期向加热器供电和断电，将功耗降低了 90%。
纳米加热器可达到 250°C 的温度，并在十万分之一秒内冷却至室温，即使在短工作周期内也能有效测量气体。
研究团队改进了现有的电子鼻设计，使之只需一个传感器就能运行，而传统上电子鼻需要多个传感器。
半导体表面气体的解吸速度比纳米加热器的运行速度慢。因此，在工作循环过程中，即使在加热器短暂冷却期间，气体反应仍会继续。这允许在加热器运行和中断期间收集不同的信号。
通过使用卷积神经网络（CNN）实时分析这些双重信号，该系统可以准确识别各种气体类型和浓度。
申教授表示：“现有电子鼻的局限性可以通过单个传感器解决”，并补充道，“该技术可以轻松应用于需要小型化的移动和物联网设备。”
金教授详细阐述道：“创造出一种低功耗微型气体测量装置的能力为包括实时无线监控系统在内的多种应用开辟了道路。”
基于纳米的气体传感器相关研究结果于2022年9月发表，当前的电子鼻技术于2024年6月在ACS Sensors上发表。

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