“電子鼻”捉甲醛，靠譜嗎？

據《科普中國》報道，夏季高溫環境下，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。甲醛是一種無色、但有刺激性氣味的氣體。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劉歡教授團隊的最新研究給出解決方案。

近日，劉歡牽頭的“量子人工嗅覺”青年團隊，在半導體材料與人工智能交叉領域取得重要突破。他們爲電子鼻機器嗅覺設計了一套“材料-算法協同優化（MACO）”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，採集它們接觸氣體時的動態反應數據，實現動力學特徵組合編碼，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。團隊發現，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），這爲後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，電子鼻也能快速適應，給出可靠的檢測結果。

劉歡團隊的成果，讓電子鼻能夠輕鬆擁有“火眼金睛”（高選擇性）和“精準秤”（定量檢測能力），未來有望廣泛應用於工廠廢氣監控、家庭空氣淨化、甚至火星探測等需要“聞”氣體的場景。或許不久的將來，我們的手機就能集成這樣的“電子鼻”芯片，隨時提醒：“當前甲醛濃度0.03mg/m³，安全！”