信息技术

科技日报实习记者 张佳欣

指纹、虹膜扫描这样的生物认证过去常会出现在间谍片中，但这项技术的使用范围早已扩大，指纹验证和面部识别已在人们手机上司空见惯。现在，生物识别安全工具包又增添了新选项：呼吸。据《化学通讯》杂志22日发表的一项研究，日本研究人员开发出一种嗅觉传感器，能够通过分析呼吸中的化合物来识别个体身份。

如艺术图所示，在不久的将来，使用人工嗅觉传感器进行基于呼吸气味的个人身份验证将成为可能。
图片来源：九州大学/柳田实验室

这种由16通道传感器阵列构建的“人造鼻”与机器学习相结合，能够对多达20个人进行身份验证，平均准确率超过97%。

用于基于呼吸的生物特征认证的人工嗅觉传感器。该传感器由一个4x4通道阵列组成，共16个传感器。

每个传感器都能检测人类呼吸中发现的特定范围的化合物，数据经神经网络处理分析后，确定个体身份。
图片来源：九州大学/柳田实验室

在这个信息和技术的时代，生物识别认证是保护宝贵资产的重要方式。从常见的指纹、掌纹、声音和面部识别，到不太常见的耳朵和手指静脉，机器可使用各种生物识别方法来识别一个人。

研究人员解释说，这些技术依赖于每个人的身体独特性，但它们也并非万无一失。身体特征可能会被复制，甚至会因受伤而受损。人类气味则成为一种新的生物识别技术，使用个人独特的化学成分来确认“你是谁”。

其中之一是经皮气体——从皮肤产生的化合物，但这种检测有局限，皮肤产生的挥发性化合物浓度很难让机器检测到。因此，研究小组转而研究是否可用人类呼吸来代替。皮肤中挥发性化合物的浓度可能低至万亿分之几，而呼出的化合物浓度可高达百万分之几。事实上，人类的呼气已被用来识别一个人是否患有癌症、糖尿病，甚至新冠肺炎。

研究小组从分析受试者的呼吸开始，筛选可用于生物识别认证的化合物，共发现了28种可行的化合物。在此基础上，他们开发了一个有16个通道的嗅觉传感器阵列，每个通道都可识别特定范围的化合物。传感器数据随后被传递到机器学习系统中，分析每个人的呼吸组成，并以此区分个人的特征。

研究人员用6个人的呼吸样本对该系统进行了测试，发现它识别出个人身份的平均准确率为97.8%。即使样本量增加到20人，这种高水平的准确率仍然保持不变。

不过，研究人员表示，在这项技术真正进入应用之前，还有许多工作要做。此次研究中他们要求受试者在测试前6小时禁食。下一步，他们将改进该技术，使其不受饮食的影响。目前的研究表明，增加更多传感器并收集更多数据，可克服这一障碍。

总编辑圈点：

今年稍早时间一项报告指出，脑结构和功能研究样本量需达数千人才能确保结果可靠。我们无法断言生物识别研究和脑研究哪个需要更高的可重复率，但无论6个人还是20个人，作为样本量来说规模都太小了。而且呼吸样本波动性极高，很容易受饮食、环境甚至个人情绪影响，目前来看，以此作为身份验证的主要识别信号，还是欠缺令人信服的数据和条件（作为辅助手段或可以）。但从传感器技术发展角度来讲，一种多通道传感器阵列的构建，很可能在医疗界发挥更大的作用。

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