新研究可用“電子鼻”精準捕捉甲醛

　　炎炎夏日，新裝修的房間里總藏著無形的“健康殺手”——甲醛。這種無色但有刺激性氣味的氣體，是室內污染的主要元兇之一，也是工業生產、環境監測和智能家居領域的重點關注對象。如何讓機器模擬和超越人類鼻子的功能，快速、準確地“聞”出甲醛的濃度？華中科技大學集成電路學院教授劉歡團隊的最新研究，給出了一個巧妙的解決方案。

　　近日，劉歡牽頭的“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。他們為電子鼻機器嗅覺設計了一套“材料-算法協同優化”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”。

　　這套“組合拳”效果如何？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。

　　為什么要做這項研究？因為傳統的半導體氣體傳感器要么“太笨”——只能粗略判斷有無有害氣體，無法定量檢測；要么“太嬌”——對環境變化敏感，對算法和算力依賴程度高。而劉歡團隊的成果，讓電子鼻能夠輕松擁有了“火眼金睛”（高選擇性）和“精準秤”（定量檢測能力），未來有望廣泛應用于工廠廢氣監控、家庭空氣凈化、甚至火星探測等需要“聞”氣體的場景。