基于微型嗅觉传感芯片的 AI 可穿戴生物识别戒指用于人体代谢气味分析

从自身体味嗅出健康

我们大多数人都知道身体会散发气味，但很少意识到这种日常气味中包含着关于我们如何进食、活动和代谢的丰富信息流。该研究提出了一个既未来感又实用的想法：一枚小巧的戒指可以“嗅闻”皮肤上微弱的化学痕迹，并借助人工智能将其翻译为有关饮食和体力活动的线索，为轻松的健康追踪开辟新途径。

体味的隐蔽语言

人体体味由许多微小的挥发性有机化合物组成，这些化合物从我们的皮肤、呼吸和其他体液中飘出。这些分子是将食物转化为能量和构建物质的无数反应的残留产物。医生已知道，其中一些化合物可提示肺癌、代谢紊乱或慢性病等疾病，但常规测量通常需要庞大且昂贵的实验室设备。作者提出，如果我们能够以连续且温和的方式从皮肤监测这些化学物质，就有可能在严重疾病出现之前指导日常饮食选择和运动习惯。

从笨重的实验室设备到智能戒指

在医院和研究实验室中，读取这些气味信号的金标准是气相色谱-质谱法，它功能强大但体积大、速度慢且不适合佩戴。为将这种能力缩小到手指上，团队在芯片上构建了微型“电子鼻”，并将其嵌入到柔性的生物识别戒指中。芯片位于皮肤正上方，能够遇到从汗腺和血管释放出的微弱化合物羽流。由微小金属氧化物结构构成的多层三维蜂窝状阵列，像一组敏感的嗅觉单元，每个单元对不同气体的反应略有差异。它们共同生成复杂的响应模式，可无线发送到手机或计算机进行分析。

教人工智能识别气味模式

由于戒指并不逐一测量单一化学物质，原始数据更像是一组不断变化的波形而不是成分清单。因此，研究人员转向机器学习来解读这些模式。他们首先训练模型以在极低浓度下识别七种常见测试气体，即使在湿度变化时也能识别。一种更先进的网络被设计为关注信号在微小传感器网格上的时空变化，学会以几乎与已知值完全匹配的方式估算气体浓度。这表明微型芯片可以在不损失精度的情况下替代更大规模的传感系统。

追踪你的饮食与活动

真正的考验是在健康志愿者日常活动中佩戴戒指时进行的。参与者摄入了六类常见食物或饮品：水果、坚果、肉类、碳水化合物（如米饭）、蔬菜和酒精。每次进餐，戒指都捕获了随时间变化的皮肤气味模式。出现了不同的特征信号，例如酒精摄入后出现强烈且滞后的响应、肉类后出现反映分阶段蛋白质分解的双峰，以及高血糖碳水化合物后出现的快速变化。使用一个简单的分类模型，系统大约以98%的准确率正确识别出所摄入的六类食物。戒指还通过观察气味模式在活动中上升、身体恢复时下降，跟踪了放松、运动和恢复三种身体状态。

将气味转化为个人健康指导

为验证这些体上读数确实反映了真实的代谢化学，团队将其与使用气相色谱-质谱法得到的传统实验室皮肤气味测量进行了比较。进食前后实验室光谱的差异证实了饮食确实重塑了围绕身体的化学云。最后，研究人员使用其先进的神经网络估算志愿者饮用的酒精量，预测值与实际摄入量高度吻合。简而言之，这项工作表明，一枚小而舒适的戒指可以连续感知身体微弱的化学信号，区分不同的餐食和活动水平，甚至估算摄入量。尽管仍处于研究原型阶段，这款由 AI 驱动的生物识别戒指指向了这样一个未来：检查饮食习惯和代谢健康可能像查看一件可穿戴设备一样简单，而无需去实验室。

引用: Ye, W., Ding, R., Wang, C. et al. Miniaturized olfactory sensor chip-based AI-wearable biometric ring for human body metabolic odor analysis. Nat Commun 17, 4541 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70746-z

关键词: 可穿戴传感器, 体味, 代谢, 饮食监测, 人工智能