Nature Communications|一种快速响应的智能可穿戴嗅觉接口（可穿戴电子/柔性电子/人机交互）

香港城市大学于欣格( Xinge Yu)、北京航空航天大学李宇航（Yuhang Li）、中国特种设备检验研究所赵召（Zhao Zhao）和东京大学Takao Someya团队，在《Nature Communications》上发布了一篇题为“Intelligent wearable olfactory interface for latency-free mixed reality and fast olfactory enhancement”的论文。论文内容如下：

一、 摘要

        嗅觉反馈系统可以用于刺激人类情绪，提高警觉性，提供临床治疗，并建立沉浸式虚拟环境。目前，已报道的嗅觉反馈技术仍面临诸多挑战，如高延迟、大尺寸及有限的气味源。在此，作者提出了一种解决这些问题的通用策略，该策略包括基于微型气味发生器（odor generators，OGs）和先进人工智能（artificial intelligence，AI）算法的可穿戴式高性能嗅觉接口。OGs作为智能嗅觉接口的核心技术，展现了毫秒级响应时间、毫瓦级功耗和微型化尺寸的里程碑式进展。借助强大的AI算法，嗅觉接口在无延迟的混合现实（mixed reality，MR）和快速嗅觉增强方面展现出巨大潜力，从而在娱乐、教育、医疗治疗和人机界面等广泛应用领域建立了电子产品与用户之间的桥梁。

二、背景介绍

        嗅觉作为人类进化过程中一个关键的生理系统，在人类与环境的互动中发挥着重要作用，包括但不限于探测环境中的潜在危险、塑造社会行为、缓解负面情绪以及唤醒潜藏的记忆等。尽管嗅觉对人类生活有着巨大的影响，但一些生成嗅觉的技术（也称为嗅觉接口）已被开发用于某些潜在应用中的嗅觉展示，涵盖了人机交互、教育、娱乐和临床治疗等领域。考虑到大量嗅觉发生器在整体尺寸、响应时间和功耗方面存在自然缺陷，下一代嗅觉接口的发展趋势是朝向可穿戴设计的迷你化，以实现快速的嗅觉反馈并产生局部的气味环境。到目前为止，已开发出的可穿戴嗅觉接口系统主要建立在提供多种气味的气味发生器（OGs）阵列上，其中OGs的工作原理从基于压电式雾化器到可控的气味蜡的相变都有所不同。然而，这两种类型的OGs都需要二级响应时间，用户在实际应用中会导致明显的延迟，其中OGs的响应时间定义为气味产生或终止的延迟时间。例如，Metaverse作为最重要的嗅觉接口应用领域之一，要求向用户提供流畅、即时和沉浸式的体验，需要人机界面系统和网络都具有低延迟时间。

        除了OGs的延迟问题带来的挑战外，还存在一些技术难题，包括尺寸小型化、优化功耗和构建高通道数/密度。例如，最先进的气味生成方法通常需要一整套笨重的设备，提供的气味有限，并需要专业操作，这迫使用户每次体验嗅觉反馈时都要去特定地点，这对用户并不友好。因此，实现亚s级响应时间、厘米级尺寸、数十个OGs阵列和微瓦级低功耗的嗅觉接口是一