科技日报记者 吴纯新 通讯员 王潇潇
炎炎夏日，新装修的房间里总藏着无形的“健康杀手”——甲醛。这种无色但有刺激性气味的气体，是室内污染的主要元凶之一，也是工业生产、环境监测和智能家居领域的“重点关注对象”。
如何让机器模拟和超越人类鼻子的功能，快速、准确地“闻”出甲醛的浓度？华中科技大学集成电路学院刘欢教授团队的最新研究，给出了一个巧妙的解决方案。
近日，刘欢教授牵头的“量子人工嗅觉”青年团队，在半导体材料与人工智能交叉领域取得重要突破。
他们为电子鼻机器嗅觉设计了一套“材料-算法协同优化”（MACO）的“黄金组合”：一方面，通过调控半导体气敏材料的表面活性和电子结构，让气体传感器对甲醛更“敏感”、相比对其他干扰气体更“专一”；另一方面，用机器学习算法给传感器“装大脑”——将多个传感器组成阵列，采集它们接触气体时的动态“反应数据”，实现动力学特征组合编码，再通过线性判别分析（一种数据分析方法）解码这些信号，就像给不同气体盖上了“电子指纹”。
这套“组合拳”效果如何？实验显示，经过材料-算法协同优化的电子鼻不仅能精准识别甲醛，还能像精密天平一样“称”出它的浓度。更厉害的是，团队还发现了电子鼻机器嗅觉的“底层逻辑”：传感器阵列的组合编码原理遵循质量作用定律（类似化学反应中物质浓度的规律），这为后续迭代设计提供了清晰的理论指导。即使面对甲醛与其他气体的混合环境，这个“电子鼻”也能快速适应，给出可靠的检测结果。
为什么要做这项研究？因为传统的半导体气体传感器要么“太笨”——只能粗略判断有无有害气体，无法定量检测；要么“太娇”——对环境变化敏感，对算法和算力依赖程度高。而刘欢团队的成果，让电子鼻能够轻松拥有了“火眼金睛”（高选择性）和“精准秤”（定量检测能力），未来有望广泛应用于工厂废气监控、家庭空气净化，甚至火星探测等需要“闻”气体的场景。
从“闻味识物”到“知味算量”，这场发生在微小传感器上的技术革命，不仅是材料科学与人工智能的碰撞，更是人类用科技拓展感知边界的生动注脚。或许不久的将来，我们的手机就能集成这样的“电子鼻”芯片，随时提醒：“当前甲醛浓度0.03mg/m3，安全！”——这，就是科学为生活写下的最温暖的注脚。
（华中科技大学供图）
