研究人員研發嗅覺傳感器，吹口氣也能解鎖手機，日本研究人員開發了一種嗅覺傳感器，能夠通過分析呼吸中的化合物來識別個體。研究人員研發嗅覺傳感器，吹口氣也能解鎖手機。
研究人員研發嗅覺傳感器，吹口氣也能解鎖手機1
智能手機可以通過哪些途徑進行解鎖呢？
人們解鎖手機，從初期的按鍵、圖形解鎖，慢慢發展到目前廣泛應用的指紋解鎖、聲音解鎖以及人臉識別等。最近，日本的一項科學研究爲智能手機解鎖提供了另一種全新的方案——通過“吹一口氣”就能解鎖。
圖丨嗅覺傳感器效果圖，在不久的將來，使用人工嗅覺傳感器進行基於呼吸氣味的個人身份驗證可能會成爲可能（來源：九州大學）
日本九州大學和東京大學科研團隊合作，首次通過人工嗅覺傳感器系統，對人呼吸中的化合物進行解析，進而實現驗證個人身份的效果。他們利用 16 個通道化學電阻傳感器陣列，結合機器學習技術製造出“人造鼻”，併成功實現了 97% 以上的平均準確度。此外，該研究還展示了傳感器數量對準確性和再現性的影響。
近日，相關論文以《基於呼吸氣味的個體認證通過人工嗅覺傳感器系統和機器學習（Breath odor-based individual authentication by an artificial olfactory sensor system and machine learning）爲題發表在Chemical Communications上[1]。
圖丨相關論文（來源：Chemical Communications）
智能手機解鎖的關鍵在於，通過生物識別技術來確認人們身份的獨特性。在以往的識別方式中，常規的途徑是針對指紋、掌紋、聲音和麪部等進行識別。另外，還包括聲學、手指靜脈等不常見的識別方式。
“這些技術依賴於每個人的身體獨特性，但它們並非萬無一失。身體特徵可能會被複制，甚至會因受傷而受損，”該論文第一作者、東京大學工程研究生院材料科學與工程系博士生柴亞努·吉拉尤帕特（Chaiyanut Jirayupat）對媒體表示，“最近，人類氣味作爲一種新的生物識別身份出現了，主要是使用你獨特的化學成分來確認你是誰。”
圖丨用於基於呼吸的生物特徵認證的人工嗅覺傳感器（來源：九州大學）
要想實現這樣的效果，該團隊首先想到了從人的皮膚中產生的化合物來進行身份信息的識別。然而，這種方法也並不穩妥。其矛盾點在於，機器檢測身份信息必須滿足一定程度的濃度才能達到“識別”，而皮膚並不能產生高濃度的揮發性化合物。
基於此，研究人員便萌生另一個想法：是否可藉助人類呼吸進行生物識別呢？
“皮膚中揮發性化合物的濃度可低至十億或萬億分之幾，而從呼吸中呼出的化合物可高達百萬分之幾，”吉拉尤帕特繼續說道，“事實上，人類的呼吸已經被用來識別一個人是否患有癌症、糖尿病，甚至是 COVID-19。”
圖丨系統和嗅覺傳感器。對象首先向收集袋中呼吸。然後將袋子連接到嗅覺傳感器，該傳感器分析個人呼吸中發現的化合物。基於化合物的濃度，機器學習系統識別個體（來源：九州大學）
在確定這一全新的生物識別途徑後，該團隊首先對受試者的呼吸樣本進行了綜合分析，以判定可用於生物特徵認證具體來源於哪些化合物。根據相關結果，該傳感器可識別包括 28 種化合物在內的人類呼吸成分，用來進行身份的生物識別。
具體來說，該團隊製造了“人造鼻”嗅覺傳感系統，而嗅覺傳感器陣列 16 個通道中，每一個單獨的通道都能對特定範圍的化合物進行識別。然後，再把傳感器數據傳輸至機器學習系統，通過這種方式對每個呼吸樣本中的化學成分進行解析。
圖丨基於呼吸氣味感知的個體認證的圖形工作流程（來源：Chemical Communications）
在相關試驗中，該團隊通過該系統對 6 位受試者的呼吸樣本進行檢測。結果顯示，該系統不僅能識別個體，其平均準確率達到了 97.8%。該受試者羣體是由不同年齡、性別和國籍的人組成，研究人員將樣本量進一步擴大到 20 位受試者時，該準確率也保持在高水準，並未因樣本量擴大而影響其準確性。
同一個人呼吸成分是否會受飲食因素干預，而使測試結果受到影響呢？正是考慮到這點，受試者在相關測試前 6 小時就開始保持禁食狀態，以確保測試的準確性。
當然，如果該系統想要在未來大規模使用，還要解決更多的技術問題，比如讓相關結果不再受飲食等因素影響，而是在任何狀態下都可通過呼吸 精準地識別到使用者的身份信息。
不過，該團隊對解決該問題持樂觀態度。該論文通訊作者、東京大學工學研究生院教授柳田武（Takeshi Yanagida）對媒體說道：“值得慶幸的是，我們目前的研究表明，添加更多傳感器並收集更多數據可以克服這一障礙。”
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指紋和虹膜掃描這樣的生物認證過去總是會出現在影片中。但這些技術的使用範圍早已擴大，指紋驗證和麪部識別已在智能手機上司空見慣。現在，生物識別安全工具包又增添了新的選項：呼吸。據《化學通訊》雜誌22日發表的一份報告，日本研究人員開發了一種嗅覺傳感器，能夠通過分析呼吸中的化合物來識別個體。
與機器學習相結合，這種由16通道傳感器陣列構建的“人造鼻”能夠對多達20個人進行身份驗證，平均準確率超過97%。
在這個信息和技術的時代，生物識別認證是保護寶貴資產的重要方式。從常見的指紋、掌紋、聲音和麪部識別，到不太常見的耳朵和手指靜脈，機器可使用各種生物識別方法來識別一個人。
研究人員解釋說，這些技術依賴於每個人的身體獨特性，但它們並不是萬無一失的。身體特徵可能會被複制，甚至會因受傷而受損。人類氣味則成爲一種新的生物識別技術，使用個人獨特的化學成分來確認“你是誰”。
其中一個目標是經皮氣體——從皮膚產生的化合物。然而，這些方法有其侷限性，因爲皮膚產生的揮發性化合物濃度不足以讓機器檢測到。因此，研究小組轉而研究是否可用人類的呼吸來代替。皮膚中揮發性化合物的濃度可能低至萬億分之幾，而呼出的化合物濃度可高達百萬分之幾。
研究小組從分析受試者的呼吸開始，觀察哪些化合物可用於生物識別認證。研究人員發現共有28種化合物是可行的選擇。在此基礎上，他們開發了一個有16個通道的嗅覺傳感器陣列，每個通道都可識別特定範圍的化合物。傳感器數據隨後被傳遞到機器學習系統中，以分析每個人的呼吸組成，並開發用於區分個人的特徵。
研究人員用6個人的呼吸樣本對該系統進行了測試，發現它可識別個人，平均準確率爲97.8%。即使樣本量增加到20人，這種高水平的準確性仍然保持不變。
不過，研究人員表示，在這項技術真正走入尋常百姓家之前，還有許多工作要做。此次研究中，他們要求受試者在測試前6小時禁食。下一步，他們將改進該技術，使之不受飲食的影響。目前的研究表明，增加更多傳感器和收集更多數據可克服這一障礙。
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指紋、虹膜掃描這樣的`生物認證過去常會出現在間諜片中，但這項技術的使用範圍早已擴大，指紋驗證和麪部識別已在人們手機上司空見慣。現在，生物識別安全工具包又增添了新選項：呼吸。據《化學通訊》雜誌22日發表的一項研究，日本研究人員開發出一種嗅覺傳感器，能夠通過分析呼吸中的化合物來識別個體身份。
在這個信息和技術的時代，生物識別認證是保護寶貴資產的重要方式。從最常見的指紋、掌紋、聲音和麪部識別，到不太常見的耳朵和手指靜脈，機器可使用各種生物識別方法來識別一個人。
研究人員解釋說，人類氣味是一種新的生物識別技術，使用個人獨特的化學成分來確認“你是誰”。
其中之一是經皮氣體——從皮膚產生的化合物，但皮膚產生的揮發性化合物濃度很難讓機器檢測到。因此，研究小組轉而研究是否可用人類呼吸來代替。事實上，人類的呼氣已被用來識別一個人是否患有癌症、糖尿病，甚至新冠肺炎。
研究小組從分析受試者的呼吸開始，篩選可用於生物識別認證的化合物，共發現了28種可行的化合物。在此基礎上，他們開發了一個有16個通道的嗅覺傳感器陣列，每個通道都可識別特定範圍的化合物。傳感器數據隨後被傳遞到機器學習系統中，分析每個人的呼吸組成，並以此區分個人的特徵。
研究人員用6個人的呼吸樣本對該系統進行了測試，發現它識別出個人身份的平均準確率爲97.8%。即使樣本量增加到20人，這種高水平的準確率仍然保持不變。
不過，研究人員表示，在這項技術真正進入應用之前，還有許多工作要做。此次研究中他們要求受試者在測試前6小時禁食。下一步，他們將改進該技術，使其不受飲食的影響。目前的研究表明，增加更多傳感器並收集更多數據，可克服這一障礙。
