AI嗅覚センサのニオイ識別過程の可視化に成功

嗅覚は、食の安全、環境モニタリング、医療診断、快適な生活空間の創出など、私たちの暮らしに欠かせない役割を担っています。このように重要な人間の嗅覚を、人工的に再現する人工嗅覚技術(嗅覚センサ)は、複数の化学センサでニオイ分子を検出し、AI(人工知能)がそれを分類・識別する技術です。しかし現在の人工嗅覚は、化学センサの感度や識別精度に限界があり、実用化は十分に進んでいません。この課題を解決するには、人工嗅覚を支える化学センサをさらに高性能化する必要があります。その中心となるのが、ニオイ分子をとらえる「感応材料」の開発です。従来は、どの感応材料がどのニオイ分子に反応しているのか十分に解明されないまま、AIによる分類・識別が行われてきました。もし感応材料ごとの反応特性が明らかになれば、識別したいニオイ分子に応じた最適な材料の開発や、より正確なニオイ識別のための「感応材料の選択」が可能となります。

NIMSは、94種類のニオイ分子を、14種類の感応材料を用いた嗅覚センサ「MSS」で測定し、そのデータを説明可能なAI(XAI)で解析しました。XAIは、識別において、AIがデータのどこを視て識別しているかを可視化する手法です。解析の結果、ニオイ分子と感応材料の組み合わせによって、識別に用いられるセンサ応答の重要な部分が異なることが分かりました。たとえば、芳香族分子の識別には、芳香環を有する感応材料が重要であることがわかりました。これにより、識別したいニオイ分子に応じて必要な感応材料を効率的に選別できるようになり、識別が難しいニオイ分子に対応するための感応材料の開発指針も得られます。また、AIが識別だけでなく予測根拠を示すことで、ニオイや嗅覚の仕組みを理解する手がかりも得られます。

今回の技術により、感応材料の開発だけでなく、用途に応じて複数ある嗅覚センサの中から最適なものを選ぶことも可能になります。材料開発だけでなく嗅覚センサデバイスの開発にも役立ち、人工嗅覚の実用化が加速するとともに、人間の嗅覚の仕組み理解にもつながります。

• 本研究は、マテリアル基盤研究センターの福井 陽大 研修生 (研究実施当時)、津田 宏治 NIMS招聘研究員、田村 亮 チームリーダー、高分子・バイオ材料研究センターの南 皓輔 主幹研究員、吉川 元起 グループリーダーによって実施されました。
• 本研究成果は、2025年9月9日に“ACS Applied Materials & Interfaces”のオンライン版に掲載されました。