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用10美元给机器打造一个数字鼻子!

时间:2018-12-12 阅读:
一家来自加拿大的初创公司 Startuscent 开发出化学传感器芯片,搭配云端上的机器学习平台,可以实时辨识并量化环境中的化学成分,目前已获食品、烹饪设备、智能家居、健康保健等行业客户开始进行测试。简单来说,就是为机器打造一个数字鼻子(digital nose)。

关于让机器具有视觉、听觉,能分辨物体、听声识人等相关研究,在人工智能的浪潮下已经诞生许多成果,其实让机器有嗅觉也是不少科研人员感兴趣的议题,2018 年 6 月英国的拉夫堡大学(Loughborough University)、爱丁堡西部综合医院(Western General Hospital)等单位的研究人员开发了一种基于深度学习的方法,可以分析人体呼吸中的化合物,并检测疾病如癌症。

参与这项研究计划的拉夫堡大学讲师 Andrea Soltoggio 在 The Conversation 撰文指出,动物甚至植物都使用嗅觉来识别空气中的数百种物质,但人类的嗅觉并不如其他动物发达,基于这项原因,人类并没有特别意识到有很多丰富的信息资讯在空中传递。而想要建立高度敏感的嗅觉系统来感知,人工智能可以帮上忙。

因此他们利用深度学习网络及参与癌症治疗患者的呼吸样本,训练出一个专门读取气味痕迹的 AI 系统,可以辨识呼吸中的特定化合物,例如醛类,此类化学物质通常用来调制香水,但其实也与人类的压力状况和疾病有关。

目标打造成本 10 美元的数字鼻子芯片

通过 AI 嗅觉来检测医疗疾病,仍须经过长时间验证,才有机会普及于世,但如果是应用在其他行业,商业潜力同样不小,但落地速度倒是可以快很多。一家来自加拿大的初创公司 Startuscent 开发出化学传感器芯片,搭配云端上的机器学习平台,可以实时辨识并量化环境中的化学成分,目前已获食品、烹饪设备、智能家居、健康保健等行业客户开始进行测试。

简单来说,“就是为机器打造一个数字鼻子(digital nose),”Stratuscent 创始人暨首席技术官 Ashok Parch Masilamani 接受 DT 君采访时这么说。Stratuscent 使用美国 NASA 喷气推进实验室一部分的专利授权,自研开发一个具备 32 种化学传感器的芯片 CumULUS,并通过机器学习训练出一个可以实时辨识并分析气味的云平台。拿着香水或酒,贴近芯片,系统随即分析出内含了哪些化学成份,另外,不同的人各自呼出一口气,系统也能辨识出两人口气的差异。

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图:当芯片靠近有味道的东西,例如酒或香水,AI 就会实时侦测气体中有哪些化学物质(图片来源:DT 君)

靠气味指纹来识别

他进一步解释 Stratuscent 的技术,大致与鼻子的工作方式相同,当我们闻到东西时,人的鼻子会产生一组独特的信号组合,再经过处理和记忆,形成一个纪录,概念就像是指纹(fingerprint)一样,之后当我们闻到气味,大脑就会调用它来识别和比对。Stratuscent 的传感器芯片采用纳米复合材料,当它接触到任何化学物质时会产生独特的数字指纹,然后将这种数字化的气味发送到云端 AI 引擎,再由 AI 进行识别并分类其化学成份。

本科念硅纳米光子学(Silicon Nanophotonics)的 Ashok Parch Masilamani,在创立 Stratuscent 之前,曾在半导体公司 Applied Nanotools 担任首席技术官,专门开发 X 射线光学、基于光子学的化学传感器,客户主要是石油、天然气公司。

在化学传感器领域资历超过 20 年的他分析,现有化学传感方案的市场很分散,例如电化学(electrochemical)、金属氧化物(MOX)这类标准气体传感器,只能侦测单一种特定的气体/化学物质。

在“非实时”的化学检测部分,几十年来,各地的实验室或研究机构要检测空气中的少量物质时,通常使用“气相色谱质谱仪”,简称 GC-MS,或是离子质谱(Ion-mass spectrometry)分析仪,过程因为需要专家手动检查,分析大量数据,因此相当耗时,而且这些设备难以小型化,成本高,从 1 万至 10 万美元不等,不是让一般人购买的。

所以,“低成本、实时、多气体的检测解决方案,这片市场是空白的,”Ashok Parch Masilamani 说,因此,Stratuscent 的目标便清晰地锁定在“消费级”市场,他也表示,芯片量产价格应可落在 10 美元左右,计划在 2019 年下半年量产开卖。

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图:Stratuscent 创始人暨首席技术官 Ashok Parch Masilamani(图片来源:DT 君)

现今我们生活的时代,智能设备发展出几乎跟人类一样感知世界的能力,包括视觉、听觉、甚至是触觉,“嗅觉”同样有助于对环境的理解,例如智能家居的烟雾探测器除了警告冒烟和火灾的可能性,也可以提供环境空气质量的讯息,或是未来冰箱可以在食物变质时主动告知用户,或者是烤箱能够自行调节温度,这些应用都可通过了解气体中的化学物质来实现。

目前 Stratuscent 已经把 CumULUS 芯片提供给客户测试,目前主要有三大领域,一是室内空气质量监测,可以检测居家和办公室中有害的挥发性有机化合物(VOC,Volatile Organic Compounds),二是食品安全,如烹饪设备和家电业者希望将传感器嵌入产品,不论是用以检测到食物腐败释放出的 VOC,或是通过气味来判断食物烹调的状况,第三个领域则是健康医疗,通过人呼出的气息,来侦测糖尿病、肺癌、结肠癌和哮喘等。

(来源:DeepTech深科技)

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