High-speed odour sensing using miniaturised electronic nose

要約

動物は、匂いパッケージとの短時間かつ断続的な遭遇を迅速に検出して認識するように進化しており、ミリ秒以内に認識能力を示します。
人工嗅覚は、同等の結果を達成する上で課題に直面しています。既存のソリューションは時間がかかるか、遅いかです。
あるいは、かさばり、高価で、電力を大量に消費するため、モバイル ロボット工学の実世界のシナリオへの適用が制限されます。
ここでは、小型化された高速電子ノーズを紹介します。
高帯域幅のセンサー読み出し、厳密に制御されたセンシングパラメータ、強力なアルゴリズムが特徴です。
このシステムは、忠実度の高い臭気配信ベンチマークで評価されます。
数十ミリ秒の臭気パルスの分類に成功したことを紹介し、最大 60 Hz の刺激スイッチングの時間的パターンエンコーディングを実証します。
これらのタイムスケールは、小型化された低電力設定では前例のないものであり、明らかにマウスで観察されたパフォーマンスを超えています。
ロボットシステムにおいて動物の嗅覚の時間分解能に匹敵することが初めて可能になった。
これにより、環境や産業の監視、セキュリティ、神経科学などの課題に対処できるようになります。

要約(オリジナル)

Animals have evolved to rapidly detect and recognise brief and intermittent encounters with odour packages, exhibiting recognition capabilities within milliseconds. Artificial olfaction has faced challenges in achieving comparable results — existing solutions are either slow; or bulky, expensive, and power-intensive — limiting applicability in real-world scenarios for mobile robotics. Here we introduce a miniaturised high-speed electronic nose; characterised by high-bandwidth sensor readouts, tightly controlled sensing parameters and powerful algorithms. The system is evaluated on a high-fidelity odour delivery benchmark. We showcase successful classification of tens-of-millisecond odour pulses, and demonstrate temporal pattern encoding of stimuli switching with up to 60 Hz. Those timescales are unprecedented in miniaturised low-power settings, and demonstrably exceed the performance observed in mice. For the first time, it is possible to match the temporal resolution of animal olfaction in robotic systems. This will allow for addressing challenges in environmental and industrial monitoring, security, neuroscience, and beyond.

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