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為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。
（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」，並成功實現了 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）為題發表在 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、聲音和面部等進行識別。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，人類氣味作為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。」
（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%。該受試者群體是由不同年齡、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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參考：
1.Chaiyanut Jirayupat et al. Chemical Communications 58 , 6377-6380（2022）. https://doi.org/10.1039/D1CC06384G
https://www.kyushu-u.ac.jp/en/researches/view/233
