【成果推介】基于气敏传感阵列和智能算法模型的机器嗅觉设备

成果简介

机器嗅觉，又称电子鼻或智能嗅觉，是一种模仿哺乳动物嗅觉系统的仿生技术，系统整体由气体传感器阵列和智能嗅觉算法模型两大部分组成。与生物嗅觉系统相比较，气体传感器阵列相当于生物嗅觉中大量的感受器细胞信号，智能算法模型相当于大脑。机器嗅觉中的气敏传感器与目标气体接触时产生响应，会输出一个可测量电信号，该阵列中不同传感器对不同的气体/气味响应不同，传感器阵列输出信号含有丰富的信息。借助人工智能算法，可实现对各种气味的定性/定量识别。

本成果从气敏传感器阵列的制备和智能嗅觉算法模型研究两方面同时入手，既从材料级别（运用掩膜技术将多种材料集成在小尺寸形成感知芯片）、封装级别（MEMS封装技术）、电路级别（信号滤波、放大）、设备级别（含电路系统和气路系统等）完成机器嗅觉硬件平台/设备的完全自主研制，同时投入大量人力、物力进行智能嗅觉算法模型的研究，为设备注入灵魂。

本成果研制的设备包括两种：一是面向实验室分析用的大型台式设备，该类设备包括硬件和算法模型两部分，可完成气味数据采集、模型训练（设备自身具备足够算力，训练过程可完全自主完成，无需借助深度学习服务器等外部算法辅助）、模型加载测试等所有科研分析用功能。二是面向现场部署的边缘检测设备，该类设备具有耗能低、稳定性好、可长期在线实时检测的优势，可用于化工厂、化粪池恶臭等需要现场实时检测预警的场景。

目前成果已成功应用于电网配电柜绝缘异常检测、医疗废弃物处置过程监管、伤口感染检测、柑橘果汁品质鉴定、室内毒气检测和烟叶烘烤过程监控等领域，并且取得了令人满意的效果。

应用前景

根据前瞻研究院总结分析：2020年我国气体传感器、数字嗅觉元器件等市场规模600亿元以上，2021年市场规模超过千亿元，预计“十四五”期间，机器嗅觉硬件产品、技术与数据服务需求保持30%-50%的增长速度。机器嗅觉产业是未来新兴产业，更是市场蓝海，应用场景十分广阔。国内外龙头公司纷纷布局机器嗅觉领域，中科微感、汉威科技、苏州慧闻等传感器公司都在入局机器嗅觉，各类场景、技术亟需填补空白，各地政府也纷纷抢抓发展机遇，支持各企业开发先进机器嗅觉产品。但目前机器嗅觉产品主要以传统单一的气体传感器或模块为主，国产企业占整体市场规模约5%，头部集中度不高，并且中高端气体传感器都主要被外国企业所垄断。

成熟度

中试。

成果展示

图1 自研的台式和边缘检测机器嗅觉设备

图2 自研的气敏传感器阵列（右图，MEMS技术）

知识产权情况

成果完成人

电气工程学院：贾鹏飞

成果转化，请联系成果与合作处，联系人：王老师，联系电话：0771-3810467。