Network of artificial olfactory receptors for spatiotemporal monitoring of toxic gas

石墨烯 计算机科学 嗅觉系统 异质结 材料科学 人工神经网络 纳米技术 生物系统 环境科学 神经科学 人工智能 光电子学 生物
作者
Yongmin Baek,Byungjoon Bae,Jeong Yong Yang,Wonjun Cho,Inbo Sim,Geonwook Yoo,Seokhyun Chung,Junseok Heo,Kyusang Lee
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (42): eadr2659-eadr2659 被引量:15
标识
DOI:10.1126/sciadv.adr2659
摘要

Excessive human exposure to toxic gases can lead to chronic lung and cardiovascular diseases. Thus, precise in situ monitoring of toxic gases in the atmosphere is crucial. Here, we present an artificial olfactory system for spatiotemporal recognition of NO 2 gas flow by integrating a network of chemical receptors with a near-sensor computing. The artificial olfactory receptor features nano-islands of metal-based catalysts that cover the graphene surface on the heterostructure of an AlGaN/GaN two-dimensional electron gas (2DEG) channel. Catalytically dissociated NO 2 molecules bind to graphene, thereby modulating the conductivity of the 2DEG channel. For the energy/resource-efficient gas flow monitoring, trust-region Bayesian optimization algorithm allocates many sensors optimally in a complex space. Integrated artificial neural networks on a compact microprocessor with a network of sensors provide in situ gas flow predictions. This system enhances protective measures against toxic environments through spatiotemporal monitoring of toxic gases.
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