KIST研究团队
韩国研究团队开发出一种类似人类鼻子、能够快速且准确地区分和识别气味的人工嗅觉技术。该技术通过计数物质分子中的氧空位数量，可在最高93%的准确率下区分不同气味，有望应用于医疗健康、化工工艺安全装置等领域。
韩国科学技术研究院（KIST）11日表示，由高级材料技术研究本部本部长 Kang Jongyun 和电子材料研究中心博士 Yoon Jungho 带领的研究团队，利用类脑半导体电子器件——忆阻器，开发出一种能够类似人类嗅觉神经系统，将外部气体刺激轻松转换并处理为电信号的电子器件。该团队开发的电子器件可以在单一器件中完成将外部气体刺激转换为电信号并存储其“记忆”的功能。
近期，随着人工智能和类人机器人受到关注，为了像人类一样感知多种感官的电子器件研究日益活跃。人工嗅觉也是其中之一，可用于在工业现场探测气体泄漏，并在短时间内检测出细菌和病毒等有害因素。但与感知物理刺激的视觉、听觉、触觉不同，嗅觉需要感知化学刺激，其信息处理过程更加复杂，因此迄今发展相对缓慢。
人类的嗅觉突触会对外部刺激信息进行变换后再传递给下一层神经元，此时突触对刺激进行变换的程度被称为“权重”。为了仿真这一过程，需要以模拟方式调控外部气体刺激信息，但采用目前人工嗅觉领域主要研究的氧化物半导体型气体传感器无法实现这一点。
研究团队通过研究忆阻器中因产生氧空位而导致电阻降低的现象，成功模拟了人类嗅觉突触。嗅觉突触会根据外部气体种类（氧化性、还原性气体）产生不同反应，研究团队通过精细调节氧空位数量，逐步改变器件的导电度，从而仿真出人工嗅觉突触的模拟特性。
研究团队将所开发的人工嗅觉突触器件构成阵列（array）形式后，根据其与气体泄漏点距离不同而表现出的感应特性差异，对气体泄漏的特定模式进行了神经网络仿真。所开发的类脑人工嗅觉突触器件在推理中获得最高92.76%的准确率，证明了其优异性能。此外，研究团队又将具有相同结构的人工嗅觉突触器件与危险程度调节器（risk-level controller）串联，开发出一种监测气体暴露浓度、并在超过危险阈值时发出警报的系统。现有半导体式气体传感器无法自主存储危险气体暴露历史，必须额外配置存储器，导致系统结构复杂且需要额外能耗；相比之下，该团队开发的器件可以自主记忆危险气体随暴露时间变化的绝对量，不仅能够实现实时监测，而且具有高能效的优点。
Kang 本部长表示：“通过精细调控氧空位数量这一全新机制，我们不仅可以利用单一器件探测外部气体刺激，还能将其记忆下来，从而突破现有气体传感器的局限，是一项未来有望引领人工嗅觉领域的重要研究成果。”Yoon 博士则表示：“这一成果有望应用于通过分析人类呼气或皮肤释放的化学物质来判断疾病与否的医疗健康传感器等领域，并将推动可实时处理人体生物信号数据的传感器内计算（in-sensor computing）研究。”
本项研究成果已发表于材料科学领域国际学术期刊《Advanced Materials》（影响因子：32.086，期刊引证报告学科领域前2.17%）在线版，并作为封面论文（封底内页）刊登于最新一期。
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