「電子鼻」鑑別威士忌準確率高達96%，網友：給茅台也整一個

國內的茅台和國外的一些高端威士忌都售價不菲，但也是被造假的重要目標。

在沒有鑑酒師的情況下，一般人怎麼快速判別出酒的品質和真偽？

最近，就有這麼一群工程師研發了一種名為NOS.E的“電子鼻”，專門用來聞酒的那種。

它能在不到4分鐘的時間內，「聞」出不同的威士忌風格、品牌和產地，為鑑酒開啟了新思路。

為什麼是靠「聞」而不是「品嚐」？

實際上，威士忌的味道、氣味、質地和顏色等特徵，都能對其評估提供有效資訊。

其中，氣味是影響酒味道的主要因素，研究者以此為主要突破口展開設計出NOS.E。

在2019年澳洲CEBIT貿易展上，他們用NOS.E對六種威士忌進行了測試：其中，地區準確率達100%，品牌名稱準確率為96.15%，風格準確率為92.31 %。

雖然它叫“電子鼻”，但並不是真的長得像鼻子哦！

今年4月，研究成果論文發表在IEEE旗下的IEEE Sensors期刊。

看到這個消息，有網友興奮地表示：終於可以鑑別假酒了！

還有網友調侃，應該要給茅台也開發一款。

所以，這個精巧實用的鑑酒工具是怎麼運作的？它真的很可靠嗎？

測試前的樣品預處理

先前在CeBIT的貿易展上，NOS.E的開發者就現場測試過這隻「電子鼻」的效果。

在正式測試前，為了控制變數、降低無關變數對結果的干擾，研究者對樣本進行了預處理：

他們選擇了6種威士忌樣本作為實驗對象：3種混合麥芽威士忌和3種單一麥芽威士忌，並將等量的樣品分別放在各個固相微萃取（SPME）小瓶中。

將樣品都加熱到30°C；並以SPME纖維取樣氯苯-D5，作為氣相層析的參考物。

然後，將各個採集了氯苯-D5的SPME纖維分別放置在每個威士忌樣本的上方（不接觸液體），靜置5分鐘。

接著，將這些SPME纖維依序放入GC×GC-TOFMS儀器中，對所採集的資訊進行處理分析。

電子鼻對6種樣品進行了396次測試

為了模仿人類的嗅覺系統，研究者們為NOS.E共配置了8個氣味感測器。

正式測試開始－

在裝有樣品的SPME小瓶中註入空氣，促使酒中的揮發性有機化合物更快排出到電子鼻處。

為了模仿人類的嗅覺系統，研究者為NOS.E設計了八個氣體感測器。

電子鼻評估分子偵測到的每個氣味，然後將資料輸入電腦：將採集到的資料進行歸一化，和非參數化內核建模（ nonparametric kernel-based modelling）預處理。

其中，建模過程是在MATLAB上進行的。

為了減少感測器偏差帶來的影響，採用如下的歸一化公式：

其中，y(t)和ˆy(t)分別代表歸一化前後，感測器的響應。

然後，NOS.E的系統從氣體感測器的響應中提取出9個特徵：包括感測器響應的最大一階導數，最小二階導數，最大二階導數，輸入和響應峰值的時間間隔等。

在特徵提取後，將資料分類：將每種威士忌的資料集隨機洗牌，再進行80:20的分割，建構訓練集和測試集。

對於訓練集，用十倍交叉驗證（10-CV）方法，將其分成10個子集，來學習威士忌的分類模型：其中9個子集用於訓練，剩餘的1個用來驗證。

利用線性判別法（LD）、支援向量機（SVM）和子空間判別法（SUBD）*等訓練分類器，並產生一個成分分類器的集合，用於建立新的組合分類器。

最終的分析結果，由新的分類器發送給終端並呈現給使用者。

為了減少偶然誤差，研究者對每種威士忌樣品進行了多次實驗；並且在對每個樣品測試10次後，換上新的同種威士忌，以減少酒精揮發對實驗的影響。

研究者前後共測試了396次。

NOS.E在判斷威士忌產地和風格方面表現出色

為了檢測NOS.E收集，並處理的數據的準確性，研究者還使用最先進的二維氣相層析-飛行時間質譜（GC×GC-ToFMS）分析了威士忌樣品，作為對照。

他們對NOS.E測試結果進行了3個維度的偵測。

第一個面向是：各個威士忌樣品是否都能相互分離。 NOS.E的現場測試結果準確率如下：

第二個面向是：判斷各種威士忌樣本的原產地，NOS.E測試結果的準確率最高竟達到100%。

第三方面是：判斷各種威士忌樣品的風格，NOS.E測試結果的準確率約為82%至94%之間。

作者簡介

Wentian Zhang，研究論文的第一作者，在山東第一醫科大學和澳大利亞悉尼科技大學任教；主要研究方向是控制工程計算和醫學計算等。

來自西安電子科技大學的Taoping Liu也參與研發了NOS.E，他博士畢業於澳洲雪梨科技大學，主要研究方向是控制工程計算和醫學計算等。

根據雪梨科技大學的報告，除了鑑別威士忌，在未來，NOS.E還可能用於檢測白蘭地和香水等。

如果這項研究能夠推廣應用，或許不久的將來也能用於更多酒類。消費者只要拿一個小小的電子產品，就能輕鬆判斷一款酒的品類和真假。

嗯，到時候，中國的酒友們應該不用再擔心買到假茅台了吧~（手動狗頭）

論文地址：https://ieeexplore.ieee.org/ document/9701291

參考連結：[1]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/a-new-electronic-nose-may-help-sniff-out-counterfeit-whiskey-180979931 /

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_chromatography

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