AI嗅覚センサのニオイ識別過程の可視化に成功〜ニオイ分子ごとに最適な感応材料の開発指針を提供〜

2025-09-11 物質・材料研究機構

NIMSは人工嗅覚センサの実用化に向け、説明可能AI(XAI)を用いてニオイ識別の過程を可視化することに成功した。94種類のニオイ分子を14種類の感応材料を備えた嗅覚センサMSSで測定し、AI解析により「どの材料がどの分子識別に重要か」を明らかにした。例えば芳香族分子には芳香環を持つ感応材料が有効であることが示された。これにより、特定のニオイ分子に最適な感応材料を効率的に選択でき、識別が困難なニオイにも対応可能な材料開発の指針が得られた。さらに、AIが予測根拠を示すことで人間の嗅覚機構理解にも寄与する。今回の成果は、嗅覚センサデバイスの高性能化と実用化を加速し、食の安全、環境モニタリング、医療診断など幅広い応用につながると期待される。研究成果は ACS Applied Materials & Interfaces に掲載された。

AI嗅覚センサのニオイ識別過程の可視化に成功〜ニオイ分子ごとに最適な感応材料の開発指針を提供〜
図: XAIによる嗅覚センサのニオイ識別過程の可視化。
ニオイ分子に応じて、どの感応材料が必要で、センサシグナルのどこが識別に重要かを抽出できます。

<関連情報>

説明可能なAIを活用した人工嗅覚における構造活性相関の探索 Harnessing Explainable AI to Explore Structure–Activity Relationships in Artificial Olfaction

Yota Fukui,Kosuke Minami,Genki Yoshikawa,Koji Tsuda,Ryo Tamura
ACS Applied Materials & Interfaces  Published: September 8, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.5c13990

Abstract

Chemical sensor arrays mimic the mammalian olfactory system to achieve artificial olfaction, and receptor materials resembling olfactory receptors are being actively developed. To realize practical artificial olfaction, it is essential to provide guidelines for developing effective receptor materials based on the structure–activity relationship. In this study, we demonstrated the visualization of the relationship between sensing signal features and odorant molecular features using an explainable AI (XAI) technique. We focused on classification tasks and employed a convolutional neural network (CNN) and score-class activation mapping (Score-CAM) methods. The results obtained from analyzing the 94 odor samples prepared using pure solvents indicate that the information regarding the active receptor materials and data points in the signals and the structure–activity relationship could be accurately extracted. Therefore, using XAI techniques to analyze sensor signals from odor data is an important technique for advancing artificial olfaction.

0505化学装置及び設備
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