更智能的传感器嗅出目标气体

具有人工智能的化学传感器可以学习以高灵敏度和选择性检测空气中的某些气体。该设备由KAUST开发，使用机器学习根据气体与传感器相互作用时在传感器中引起轻微温度变化的方式来区分气体。

可以检测特定空气分子的智能电子传感器在从医疗诊断到危险工业气体泄漏检测的应用中有着巨大的需求。领导这项研究的MohammadYounis实验室的博士后UsmanYaqoob说，挑战在于准确检测空气中常见的复杂化学混合物中的目标气体。“现有的传感技术仍然存在交叉敏感性，”Yaqoob说。

该团队并没有转向奇异材料或特殊涂层来尝试提高传感器的选择性，而是应用机器学习。在硬件方面，该设备的核心是一条加热的硅条，称为微束谐振器。当微梁在两端被夹住时，使其几乎弯曲到屈曲点，微梁共振的频率对温度变化非常敏感。

“当在屈曲点附近运行时，加热的微束对不同气体的热导率低于或高于空气时表现出显着的敏感性，”Yaqoob说。比空气具有更高热导率的气体，例如氦气和氢气，可以冷却微束，从而增加其刚度和共振频率。具有较低热导率的气体(如氩气)具有相反的效果。“使用微系统分析仪测振仪检测共振频率的变化，”Yaqoob说。

然后，该团队使用人工智能分析数据并确定对应于不同气体的共振频率的特征变化。“数据处理和机器学习算法用于为每种测试气体生成独特的特征标记，以开发准确和选择性的气体分类模型，”Yaqoob说。一旦对传感器对氦气、氩气和CO2的响应数据进行了训练，该算法就可以在未知数据集中以100%的准确度识别这些气体。

“与传统的气体传感器不同，我们的传感器不需要任何特殊涂层，这增强了设备的化学稳定性并使其具有可扩展性，”Younis说。“你可以将设备缩小到纳米级，而不会影响其性能，因为它确实需要一个大的涂层表面，”他说。