正在物联网取人工智能敏捷演进的当下，保守化学气体传感—云端/集中式计较的范式正在活络度、选择性、靠得住性取能效上难以迫近生物嗅觉系统。人类鼻腔具有海量嗅觉受体，消息经嗅球取皮层逐级编码，正在极低功耗下完成由“”到“认知”的跃迁；而保守电子鼻依赖集中处置架构，取生物的分布式、事务驱动处置相悖。面向复杂、动态且高维的气息世界，研究者提出“–存储–计较一体化”的类脑嗅觉芯片（NOPCs），以突触/神经元器件、片上脉冲编码取局部进修打破冯·诺依曼“存储墙”，正在毫瓦甚至微瓦级功耗下实现端侧的及时气息、进修取识别。但高维气息空间、复杂时空编码、材料取工艺分歧性、以及跨模态融合等问题，仍形成规模化使用的环节挑和。今日，中国石油集团石油督工程手艺研究院Zhao Yuxin（一做兼通信）综述以生物嗅觉通为灵感，融合微/纳电子取人工智能的新型类脑嗅觉芯片：它们以忆阻器取脉冲神经收集（SNN）支持的正在存计较，正在超低功耗前提下实现对海量气息的高活络、高识别；同时通过、计较取回忆的深度耦合，鞭策其正在监测、食物质量节制、医学诊断取情感交互等场景落地。做者指出，成长NOPCs对于超越保守气体传感的天花板、提拔嗅觉机械智能至关主要，并预期该标的目的将对人类嗅觉机理的更深理解取更逼实仿生。相关以题为“Neuromorphic olctory perception chips！ towards universal odour recognition and cognition”颁发正在最新一期《Nature Reviews Electrical Engineering》上。嗅觉由气息取嗅上皮受体连系触发，受体激活激发级联反映，化学信号转为电信号并经嗅球/皮层逐级笼统为奇特的时空编码。该系统以组合编码扩展气息可辨空间（人类可区分数量至多达10，000种，文献中进一步指出可达更高数量级），并借帮外侧提拔对比度取抗噪性，既实现高分辩识别又维持能效。该分层、并行且事务驱动的架构为芯片设想供给间接底本（图1）。组合编码取分布式表征——嗅觉将化学空间映照为高维神经勾当空间，提醒工程上需异质单位阵列取高维数据处置，并正在器件层面摸索将信号间接编码为忆阻导电态以支持正在存计较（图2a–c）。分布式拓扑取可沉构毗连优于法则阵列，有益于并行取容错。突触可塑性取模式进修——嗅觉进修遵照赫布取STDP等局部法则，使同类气息的神经元群趋同、异类去相关。工程上可操纵忆阻器的持续电导态模仿突触权沉，采用STDP取强化/迁徙机制，提拔正在线进修、稳健性取对遮挡/漂移的顺应（图3a、图3b）。稀少表征取脉冲编码——嗅球颗粒细胞等两头神经元实现局部合作取胜者为王，节能同时提增区分度；相位/时间编码取发放频次编码连系，兼顾动态特征取强度消息。芯片宜采用模块化管线：畴前端取噪声，到脉冲编码、特征提取取分类决策逐级推进（图3c）。为将模仿传感信号转为脉冲事务流，需微瓦级前端、可沉构滤波/放大取可扩展并行布局。文献报道从保守运放-V/F转换，到积分-发放（LIF）取FPAA+LIF组合，并共同AER稀少编码降低总线带宽。仿生侧的单晶体管“人工嗅神经元”模块将功耗由 165 µW 降至 350 nW，并用相位同步/环形振荡器实现更节能的时间编码（图3，图2）。材料取传感器：保守金属氧化物成本低、可量产，但正在复杂夹杂气体当选择性受限、界面/相纯/湿敏等问题凸起。仿生识别单位（OR卵白/嗅神经元）取寡肽/适配体等新材料正快速推进：（1）生物受体类，多种平台的超低检测限：如Drosophila OR10a 的QCM平台可达 1 fM；人源hOR正在石墨烯扩展栅器件上检测短链脂肪酸，检测限 0。07–1。30 ppm；OR–Orco正在双滴芯片脂双层中对 1-octen-3-ol 实现 ppb 级呼气检测。（2）肽/纳材固定化中，LUSH-OBP肽正在CNT-FET上对3-methyl-1-butanol的检测限 1 fM；TAAR13肽正在FET上对腐胺/尸胺别离达 26。48 ppb/7。29 ppb；多种OBP/CNT或rGO系统笼盖从爆炸物到食物平安的多类VOCs。此外，hOR-SWCNT生物电子鼻可对地臭素取2-甲基异龙脑实现 10 ng l⁻¹（10 ng L⁻¹）级水质正在线监测，指向监测取平易近生使用。夹杂信号线以模仿神经元+数字突触为从：IBM TrueNorth集成 4，096 个神经突触核、约 10⁶ 神经元取 2。56×10⁸ 突触，支撑多编码并可二维拼接扩展；忆阻交叉阵列间接实现向量-矩阵乘，并取CMOS神经元耦合以获得高密度、低功耗（图4a–e）。PCM-CMOS 64核正在存计较芯片正在高精/低精模式下别离达 16。1/63。1 TeraOps s⁻¹，能效 2。48/9。76 TeraOps s⁻¹ W⁻¹（图4f）。面向可预测延迟取卷积/矩阵运算吞吐。编码方面，除泊松取单脉冲外，次序编码（rank-order）取相位编码将化学布局/浓度别离映照为发放时序/频次，正在单认知周期内承载多属性；进修方面，以STDP为焦点，并摸索惩调制的R-STDP以实现强化取小样本迁徙；决策层面借帮脉时工做回忆/吸引子收集抵御灾难性遗忘，支持跨时标认知。潜正在使用：NOPCs正在食物平安、医疗诊断、监测等范畴展示出广漠前景。例如，基于ZnO薄膜传感器的人工嗅觉系统可及时逃踪食物，检测NH₃和H₂S等环节目标（图2b）。正在医疗方面，集成虫豸嗅觉受体的VOC传感器可检测人体呼气中十亿分之一程度的1-辛烯-3-醇，用于晚期癌症筛查。监测中，基于SnO₂纳米棒和双金属催化剂的传感器阵列可分类汽车尾气，精确率超99。5%（图2c）。此外，搭载化学场效应晶体片的微无人机可切确定位污染源，实现动态监测。次要手艺挑和：NOPCs手艺仍处于成长初期，面对材料、工艺、算法取系统集成四沉挑和。嗅觉受体卵白的提取、不变性取寿命亟待提拔；肽段取适配体筛选周期长、通量低，了多样性。芯片加工依赖尝试室手动制备，分歧性取反复性差，需成长基于硅基CMOS的批量制制取先辈封拆手艺（如TSV）。算法方面，高维非线性嗅觉信号难以间接使用保守深度进修，需开辟适配的脉冲收集进修范式。系统集成需跨学科协做，打通从器件、模块到系统的全链条。将来研究标的目的：将来研究将聚焦于嗅觉消息正在多标准下的表征取整合机制，通过光遗传学、电心理等手艺突触可塑性法则及其取回忆、进修的联系关系。新材料方面，低维纳米材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）和生物杂交系统无望冲破现有材料局限；新道理器件如概况等离子体共振、微流体手艺将鞭策传感器机能改革。系统架构需实现多标准计较单位模块化取条理化设想，成长跨标准信号对接两头件取片上互联手艺。算法取软件生态上，需建立公用脉冲收集库取编程框架，持续进修取跨使命学问迁徙，鞭策仿生嗅觉使用生态繁荣。