嗅覺反饋系統可用于刺激人類情感、提高警覺性、提供臨床治療，以及建立沉浸式的虛擬環境。然而，現有的嗅覺反饋技術仍面臨諸多嚴峻挑戰，包括用戶感知延遲、系統笨重以及氣味源有限等問題。

據麥姆斯咨詢報道，近期，香港城市大學、中國特種設備檢測研究院、北京航空航天大學和東京大學的研究團隊聯合提出一種用于解決上述問題的通用策略，即基于微型氣味發生器（OG）和先進人工智能（AI）算法的可穿戴、高性能嗅覺接口。該嗅覺接口表現出前所未有的高響應速度（0.07 s）、高OG陣列密度（0.75 unit/cm2）和無延遲特性，未來有望在人機交互、醫療、遠程教育和娛樂等領域展現巨大的應用潛力。相關研究成果以“Intelligent wearable olfactory interface for latency-free mixed reality and fast olfactory enhancement”為題發表在Nature Communications期刊上。

圖1 本研究提出的嗅覺接口概念

這項研究工作介紹了一系列用于人工智能驅動的無線嗅覺接口的材料、算法、器件、機械、電子和集成策略。嗅覺接口陣列中的微型OG工作原理是利用氣流和熱量來產生氣味，通過機械致動器打開或關閉OG上的呼吸孔來控制氣味釋放，同時通過調節加熱溫度來控制氣味濃度。研究人員對OG的呼吸孔模式、內部加熱溫度，以及電磁線圈輸入功率、頻率、振幅和占空比進行了一系列實驗優化，優化后的參數使OG表現出超快的響應時間、精確的氣味生成控制和低功耗性能。

圖2 優化后的OG展現出優異電氣性能

在自主研發的人工智能算法支持下，基于OG的嗅覺接口可用于混合現實，實現無延遲應用。該無延遲嗅覺系統不僅能夠提供零延遲的嗅覺反饋，還可以通過在人工智能算法中設置延遲時間，實現可控的嗅覺反饋延遲，從而在虛擬環境中模擬真實的人類嗅覺感知。在實際應用中，這將能夠為嗅覺退化患者提供高效的嗅覺訓練。

該嗅覺接口支持32種常見氣味類型，包括水果、香料、飲料、面包、草藥等。除了集成OG的實體模型外，研究人員還自主開發了基于柔性印刷電路板（FPCB）的柔性控制面板，用于對OG進行無線操作，實現雙通道OG獨立操作。控制面板的柔性設計使其能夠良好貼合在人體皮膚上，適合長期佩戴，用戶還可以在混合現實應用中將其佩戴在項鏈和戒指模型中。

圖3 實現無延遲混合現實的智能嗅覺系統應用演示

圖4 集成嗅覺接口的混合現實系統應用演示

圖5 用于嗅覺訓練的可穿戴32通道OG陣列嗅覺接口的應用演示

圖6 人工智能驅動的嗅覺接口在嗅覺增強中的典型應用

綜上所述，這項研究開發了一系列基于高性能OG的人工智能驅動可穿戴嗅覺接口，用于實現無延遲的混合現實和快速的嗅覺恢復應用。通過與自主開發的人工智能算法相結合，該嗅覺接口系統可以為混合現實應用提供無延遲的嗅覺反饋，并為嗅覺訓練用戶提供個性化的嗅覺增強策略。該研究為許多具有深遠影響的應用奠定了基礎，包括基于增強現實/虛擬現實/混合現實（AR/VR/MR）的元宇宙、在線教育和臨床治療。未來，將嗅覺系統與生理學、神經科學、心理學和材料科學相結合的研究將成為重要方向。

審核編輯：彭菁