节能的人工嗅觉系统具有集成的传感和计算能力,用于检测食物腐烂

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电气工程 电气工程
• 传感器技术 传感器技术

背景情况:

• 人工嗅觉系统 (AOSs) 旨在复制生物气味,但经常面临高能耗和延迟的挑战.
• 现有的AOS设计在数据转换和传输方面遇到了困难,这限制了它们的实际应用.
• 开发高效和紧的AOS对于推进现实世界的感觉技术至关重要.

研究的目的:

• 提出一个节能和面积高效的人工嗅觉系统 (AOS),利用近传感器计算.
• 集成传感器单元和非挥发性内存 (NVM) 进行内存计算,减少数据处理开销.
• 为了证明AOS在检测食品腐烂标记和监测食品新鲜度方面的能力.

主要方法:

• 设计了一个AOS,集成了合并场效应晶体管 (FET) 类型的气体传感器和放大器电路与AND类型的非挥发性存储器 (NVM) 阵列.
• 实现近传感器计算,其中传感信号在NVM阵列中直接处理.
• 使用薄薄的氧化薄膜作为气体感应材料,用于检测硫化 (H2S) 和氨 (NH3).

主要成果:

• 实现了H2S和NH3的0.01ppm的低检测极限,这是高蛋白质食品腐败的关键指标.
• 成功地证明了对整个肉肉片腐烂过程的持续监测.
• 该系统提供了实时新鲜度评分,并跟踪了食品在腐烂过程中的状况.

结论:

• 与传统系统相比,拟议的近传感器计算AOS在能源和面积效率方面取得了显著的改进.
• 开发的AOS有效地检测到关键的食物腐烂气体,并可以随着时间的推移监测食品质量.
• 可适应的平台,具有可调节的传感温度和可编程的NVM电池,适用于超越食品监测的各种应用.