革命性仿生嗅觉芯片：实现先进气体感知和气味检测

香港科技大学（HKUST）工程学院的研究团队成功解决了创建人工嗅觉传感器阵列的长期挑战，他们开发出了生物仿生嗅觉芯片（BOC）。这些芯片能够在纳米多孔基底上集成纳米管传感器阵列，每个芯片可拥有高达1万个可单独寻址的气体传感器，这种配置类似于人类和其他动物的嗅觉工作方式。

过去几十年来，全球研究人员一直致力于开发人工嗅觉和电子鼻（e-nose），旨在模拟生物嗅觉系统复杂的机制，以有效地辨别复杂的气味混合物。然而，其发展的主要挑战在于难以微型化系统，并增加其识别能力，以确定复杂气味混合物中的确切气体种类和浓度。

为了解决这些问题，HKUST电子与计算机工程系和化学与生物工程系教授范志勇领导的研究团队采用了一种工程材料组成梯度，允许在一个小型纳米结构芯片上实现广泛的多元传感器阵列。利用人工智能的力量，他们的生物仿生嗅觉芯片对各种气体表现出异常的灵敏度，对混合气体具有良好的区分度，并能区分24种不同的气味。该团队还将芯片与视觉传感器集成到机器狗上，创建了一个结合嗅觉和视觉系统，能够准确识别盲盒中的物体。

生物仿生嗅觉芯片的开发不仅将改善食品、环境、医疗和工业过程控制等领域中人工嗅觉和e-nose系统的现有广泛应用，还将为智能系统打开新的可能性，如先进的机器人和便携式智能设备，用于安全巡逻和救援行动等应用。

例如，在实时监测和质量控制方面，生物仿生嗅觉芯片可以用于检测和分析与工业过程不同阶段相关的特定气味或挥发性化合物，以确保安全；在环境监测中检测任何异常或有害气体；并识别管道泄漏以促进及时维修。

该研究所呈现的技术是嗅觉数字化领域的重大突破。随着科学界见证了由现代成熟的成像感知技术促成的视觉信息数字化的胜利普及，基于气味的信息领域由于缺乏先进的嗅觉传感器而仍未被开发。范教授团队的工作为生物仿生嗅觉传感器的发展铺平了道路，这些传感器具有巨大的潜力。随着进一步的发展，这些传感器可能会得到广泛的利用，类似于迷你相机在手机和便携式电子设备中的无处不在的存在，从而丰富和提升人们的生活质量。

范教授表示：“未来，随着合适的生物相容材料的发展，我们希望生物仿生嗅觉芯片也可以放置在人体上，使我们能够闻到通常无法闻到的气味。它还可以监测我们呼出的呼吸气中的挥发性有机分子的异常，并通过皮肤散发的气味，警告我们潜在的疾病，实现仿生工程的进一步潜力。”