據(jù)《科普中國》報(bào)道，夏季高溫環(huán)境下，紙箱、塑料包裝、塑膠徽章、玩具都有可能釋放甲醛等有毒物質(zhì)。甲醛是一種無色、但有刺激性氣味的氣體。如何讓機(jī)器模擬和超越人類鼻子的功能，快速、準(zhǔn)確地“聞”出甲醛的濃度？華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院劉歡教授團(tuán)隊(duì)的最新研究給出解決方案。

近日，劉歡牽頭的“量子人工嗅覺”青年團(tuán)隊(duì)，在半導(dǎo)體材料與人工智能交叉領(lǐng)域取得重要突破。他們?yōu)殡娮颖菣C(jī)器嗅覺設(shè)計(jì)了一套“材料-算法協(xié)同優(yōu)化（MACO）”的“黃金組合”：一方面，通過調(diào)控半導(dǎo)體氣敏材料的表面活性和電子結(jié)構(gòu)，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(jī)器學(xué)習(xí)算法給傳感器“裝大腦”——將多個(gè)傳感器組成陣列，采集它們接觸氣體時(shí)的動態(tài)反應(yīng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動力學(xué)特征組合編碼，再通過線性判別分析解碼這些信號，好比給不同氣體蓋上了電子指紋。

實(shí)驗(yàn)顯示，經(jīng)過材料-算法協(xié)同優(yōu)化的電子鼻不僅能精準(zhǔn)識別甲醛，還能像精密天平一樣稱出它的濃度。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，電子鼻機(jī)器嗅覺的“底層邏輯”：傳感器陣列的組合編碼原理遵循質(zhì)量作用定律（類似化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)濃度的規(guī)律），這為后續(xù)迭代設(shè)計(jì)提供了清晰的理論指導(dǎo)。即使面對甲醛與其他氣體的混合環(huán)境，電子鼻也能快速適應(yīng)，給出可靠的檢測結(jié)果。

劉歡團(tuán)隊(duì)的成果，讓電子鼻能夠輕松擁有“火眼金睛”（高選擇性）和“精準(zhǔn)秤”（定量檢測能力），未來有望廣泛應(yīng)用于工廠廢氣監(jiān)控、家庭空氣凈化、甚至火星探測等需要“聞”氣體的場景。或許不久的將來，我們的手機(jī)就能集成這樣的“電子鼻”芯片，隨時(shí)提醒：“當(dāng)前甲醛濃度0.03mg/m3，安全！”