英特尔最新研究：计算机芯片也能拥有超强嗅觉！

3月17日，英特尔研究院与美国康奈尔大学的研究人员，在《自然-机器智能》杂志上联合发表的一篇论文，展示了双方共同构建数学算法的研究成果。在研究人员的指导下，英特尔神经拟态研究芯片Loihi迅速掌握了10种不同气味的神经表征。

据悉，此次合作是由英特尔研究院神经拟态计算小组高级研究科学家Nabil Imam与美国康奈尔大学的嗅觉神经生理学家联合展开。对此，Imam解释说：“康奈尔大学的研究人员负责研究动物的生物嗅觉系统，并测量动物闻到气味时的脑电波活动。我们根据这些电路图与电脉冲导出了一套算法，并将其配置在神经拟态芯片上，尤其是在我们的Loihi测试芯片上。”Loihi是英特尔的神经拟态计算芯片，可将在生物大脑中发现的计算原理应用于计算机架构之中。

（Nabil Imam手持一块Loihi神经拟态测试芯片）

如何识别气味？

如果你拿起一个葡萄柚闻一闻，水果分子就会刺激鼻腔内的嗅觉细胞。鼻腔内的细胞会立即向你的大脑嗅觉系统发送信号，一组相互连接的神经元中的电脉冲就会在这个嗅觉系统中产生嗅觉。无论闻到的是葡萄柚、玫瑰，还是有害气体，你大脑中的神经元网络都会产生该物体特有的感觉。同样，你的视觉和听觉、回忆、情绪、决策等都有各自的神经网络，它们都以特定的方式进行计算。

基于这一原理，英特尔研究院和与美国康奈尔大学的研究人员，采用了一套源自大脑嗅觉回路结构和动力学的神经算法，对英特尔Loihi神经拟态芯片进行训练，使其能够学习和识别10种危险化学品的气味，其中包括丙酮、氨和甲烷。该研究团队采用了一个由72个化学传感器活动组成的数据集，以便对这些气味作出反应，并在Loihi芯片上配置了生物嗅觉的电路图。

虽然你家中的烟雾和一氧化碳探测器能够使用传感器来探测气味，但它们无法对各种气味进行区分；虽然它们一旦探测到空气中的有害分子时就会发出警报，但却无法对其进行智能分类。然而，这款芯片可以掌握每种气味的神经表征，即便在明显掩蔽或者强烈干扰的情况下，也能识别出每种气味，这充分证明了未来神经科学与人工智能交叉研究的广阔前景。

未来有何应用？

Imam表示，化学传感领域多年来一直在寻找智能的、可靠的，以及快速响应的化学传感处理系统，或者称之为“电子鼻系统”。我们看到了搭载神经拟态芯片的机器人在环境监测、危险物质检测，以及在工厂质量控制方面的应用潜力。此外，该系统还可应用于医疗诊断，因为患有某些疾病会散发出特定的气味。另一个例子是，搭载神经拟态芯片的机器人可以应用于机场安检区域，能够更高效地识别危险物质。

Imam透露，未来该研究将会加入更多感官，“我的下一步计划是将这种方法推广到更广泛的应用领域，包括从感官场景分析（理解你观察到的各种物体之间的关系）到规划和决策等抽象问题。理解大脑的神经网络如何解决这些复杂的计算问题，将为设计高效、强大的机器智能提供重要启示”。

不过，这一研究目前仍然存在着一些挑战。Imam表示，当你走进一家杂货店时，可能会闻到草莓的气味，但其气味可能类似于蓝莓或香蕉的气味，它们会在大脑中引发非常相似的神经活动模式。有时候，人类甚至很难分辨出究竟是一种水果气味还是多种香味的混合。当系统闻到来自意大利的草莓和来自加利福尼亚的草莓时可能会出错，这两种草莓可能有不同的香味，但需要归为一类，“这些是目前我们在研究嗅觉信号识别时面临的挑战，我们期待在未来几年内解决这些问题，这样的产品才能解决现实世界的问题，而不仅仅是解决在实验室演示的实验性问题”。

在Imam看来，自己从事的工作是“发生在神经科学与人工智能技术交叉领域的当代研究典范”。