传感器呼吸 新“人造鼻”用呼吸识别“你是谁”

新“人造鼻”用呼吸识别“你是谁”

科技日报北京6月23日电（实习记者张佳欣）指纹、虹膜扫描这样的生物认证过去常会出现在间谍片中，但这项技术的使用范围早已扩大，指纹验证和面部识别已在人们手机上司空见惯。现在，生物识别安全工具包又增添了新选项：呼吸。据《化学通讯》杂志22日发表的一项研究，日本研究人员开发出一种嗅觉传感器，能够通过分析呼吸中的化合物来识别个体身份。

在这个信息和技术的时代，生物识别认证是保护宝贵资产的重要方式。从常见的指纹、掌纹、声音和面部识别，到不太常见的耳朵和手指静脉，机器可使用各种生物识别方法来识别一个人。

研究人员解释说，人类气味是一种新的生物识别技术，使用个人独特的化学成分来确认“你是谁”。

其中之一是经皮气体——从皮肤产生的化合物，但皮肤产生的挥发性化合物浓度很难让机器检测到。因此，研究小组转而研究是否可用人类呼吸来代替。事实上，人类的呼气已被用来识别一个人是否患有癌症、糖尿病，甚至新冠肺炎。

研究小组从分析受试者的呼吸开始，筛选可用于生物识别认证的化合物，共发现了28种可行的化合物。在此基础上，他们开发了一个有16个通道的嗅觉传感器阵列，每个通道都可识别特定范围的化合物。传感器数据随后被传递到机器学习系统中，分析每个人的呼吸组成，并以此区分个人的特征。

研究人员用6个人的呼吸样本对该系统进行了测试，发现它识别出个人身份的平均准确率为97.8%。即使样本量增加到20人，这种高水平的准确率仍然保持不变。

不过，研究人员表示，在这项技术真正进入应用之前，还有许多工作要做。此次研究中他们要求受试者在测试前6小时禁食。下一步，他们将改进该技术，使其不受饮食的影响。目前的研究表明，增加更多传感器并收集更多数据，可克服这一障碍。

总编辑圈点

今年稍早时间一项报告指出，脑结构和功能研究样本量需达数千人才能确保结果可靠。我们无法断言生物识别研究和脑研究哪个需要更高的可重复率，但无论6个人还是20个人，作为样本量来说规模都太小了。而且呼吸样本波动性极高，很容易受饮食、环境甚至个人情绪影响，目前来看，以此作为身份验证的主要识别信号，还是欠缺令人信服的数据和条件（作为辅助手段或可以）。但从传感器技术发展角度来讲，一种多通道传感器阵列的构建，很可能在医疗界发挥更大的作用。

来源： 科技日报

生物反馈治疗技术：呼吸传感器及其主要训练方法

心率变异性是指心率在一定时间内波动的范围，心率变异性越大，也就是心率波动的幅度越大，机体抵抗压力的能力就越强，也就越能提高抗焦虑的能力。心率变异性依据频率范围分为3个频谱：极低频率、低频率和高频率。心率的变异性的频谱中低频率所占的比例越高，机体的抗压能力会越高，因此，我们希望能够提高这部分频率的占比。其中呼吸训练是一种非常好的方法。通常当吸气时心率趋向增加，呼气时心率趋向降低，就形成呼吸性窦性心律效应，即呼吸和心率发生协同或共振的形式。呼吸性窦性心律是随呼吸变化的心率变异性，由于心率随吸气增高，心率在肺泡氧气最高时增高，使更多血液可以利用肺泡的最高氧浓度，是最有效的呼吸。大多数人的呼吸频率在9-24次/分，呼吸在6次/分时，与血压和心率产生系统作用，因此呼吸性窦性心律大多发生在呼吸6次/分时。呼吸性窦性心律变异性越大，则适应变化的应激能力越强。因此通过加深呼吸幅度降低呼吸频率，形成深而慢的规律性呼吸来减慢心率，提高呼吸性窦性心律效应。

以上文字理解起来有些困难，总结起来大体意思是：加强深呼吸训练，频率控制在每分钟6次，能够大大提高机体的应激能力，提高抗焦虑的能力。另外对于每个个体来说，最佳呼吸频率未必都是6次/分。我们需要通过对每个人的呼吸和心率的监测来确定每个人实际的最佳呼吸频率，这就涉及要用呼吸传感器及脉搏传感器协助确定。通常情况下，我们没有这种监测仪器，但可以按照大多数人比较合适的6次/分的深呼吸进行训练，也就是一次呼吸耗费10秒时间，当然这10秒的时间也不是均匀分配的，大多数情况下还是要有4秒钟分配给吸气，6秒钟分配给呼气。

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