國(guó)內(nèi)的茅臺(tái)和國(guó)外的一些高端威士忌都售價(jià)不菲，但也是被造假的重要目標(biāo)。

在沒(méi)有鑒酒師的情況下，普通人怎么快速判別出酒的品質(zhì)和真?zhèn)危?/p>

最近，就有這么一群工程師研發(fā)出了一種名為NOS.E的“電子鼻”，專門用來(lái)聞酒的那種。

它能在不到4分鐘的時(shí)間內(nèi)，“聞 ”出不同的威士忌風(fēng)格、品牌和產(chǎn)地，為鑒酒打開(kāi)了新思路。

為什么是靠“聞”而不是“品嘗”？

實(shí)際上，威士忌的味道、氣味、質(zhì)地和顏色等特征，都能對(duì)其評(píng)估提供有效信息。

其中，氣味是影響酒味道的主要因素，研究者以此為主要突破口展開(kāi)設(shè)計(jì)出NOS.E。

在2019年澳大利亞CEBIT貿(mào)易展上，他們用NOS.E對(duì)六種威士忌進(jìn)行了測(cè)試：其中，地區(qū)準(zhǔn)確率達(dá)100%，品牌名稱準(zhǔn)確率為96.15%，風(fēng)格準(zhǔn)確率為92.31%。

雖然它叫“電子鼻”，但并不是真的長(zhǎng)得像鼻子哦！

今年4月，研究成果論文發(fā)表在IEEE旗下的IEEE Sensors期刊上。

看到這個(gè)消息，有網(wǎng)友激動(dòng)地表示：終于可以鑒別假酒了！

還有網(wǎng)友調(diào)侃，應(yīng)該給茅臺(tái)也開(kāi)發(fā)一款。

所以，這個(gè)精巧實(shí)用的鑒酒工具是怎么工作的？它真的靠譜嗎？

測(cè)試前的樣品預(yù)處理

此前在CeBIT的貿(mào)易展上，NOS.E的開(kāi)發(fā)者就現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)這只“電子鼻”的效果。

在正式測(cè)試前，為了控制變量、降低無(wú)關(guān)變量對(duì)結(jié)果的干擾，研究者對(duì)樣品進(jìn)行了預(yù)處理：

他們選擇了6種威士忌樣品作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象：3種混合麥芽威士忌和3種單一麥芽威士忌，并將等量的樣品分別放在各個(gè)固相微萃?。⊿PME）小瓶中。

將樣品都加熱到30°C；并用SPME纖維取樣氯苯-D5，作為氣相色譜的參照物。

然后，將各個(gè)采集了氯苯-D5的SPME纖維分別放置在每個(gè)威士忌樣品的上方（不接觸液體），靜置5分鐘。

接著，將這些SPME纖維依次放入GC×GC-TOFMS儀器中，對(duì)采集的信息進(jìn)行處理分析。

電子鼻對(duì)6種樣品進(jìn)行了396次測(cè)試

為了模仿人類的嗅覺(jué)系統(tǒng)，研究者們?yōu)镹OS.E共配置了8個(gè)氣味傳感器。

正式測(cè)試開(kāi)始——

往裝有樣品的SPME小瓶中注入空氣，促使酒中的揮發(fā)性有機(jī)化合物更快地排出到電子鼻處。

為了模仿人類的嗅覺(jué)系統(tǒng)，研究者為NOS.E設(shè)計(jì)了八個(gè)氣體傳感器。

電子鼻評(píng)估分子檢測(cè)到的每個(gè)氣味，然后將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)：將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，和非參數(shù)化內(nèi)核建模（nonparametric kernel-based modelling）預(yù)處理。

其中，建模過(guò)程是在MATLAB上進(jìn)行的。

為了減少傳感器偏差帶來(lái)的影響，采用了如下的歸一化公式：

其中，y(t)和?y(t)分別代表歸一化前后，傳感器的響應(yīng)。

然后，NOS.E的系統(tǒng)從氣體傳感器的響應(yīng)中提取出9個(gè)特征：包括傳感器響應(yīng)的最大一階導(dǎo)數(shù)，最小二階導(dǎo)數(shù)，最大二階導(dǎo)數(shù)，輸入和響應(yīng)峰值的時(shí)間間隔等。

在特征提取后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類：將每一種威士忌的數(shù)據(jù)集隨機(jī)洗牌，再進(jìn)行80:20的分割，構(gòu)建訓(xùn)練集和測(cè)試集。

對(duì)于訓(xùn)練集，用十倍交叉驗(yàn)證（10-CV）方法，將其分成10個(gè)子集，來(lái)學(xué)習(xí)威士忌的分類模型：其中9個(gè)子集用于訓(xùn)練，剩余的1個(gè)用來(lái)驗(yàn)證。

利用線性判別法（LD）、支持向量機(jī)（SVM）和子空間判別法（SUBD）*等訓(xùn)練分類器，并產(chǎn)生一個(gè)成分分類器的集合，用于構(gòu)建新的組合分類器。

最終的分析結(jié)果，由新的分類器發(fā)送給終端并呈現(xiàn)給用戶。

為了減少偶然誤差，研究者對(duì)每種威士忌樣品進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)；并且在對(duì)每個(gè)樣品測(cè)試10次后，換上新的同種威士忌，以減少酒精揮發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

研究者前后共計(jì)測(cè)試了396次。

NOS.E在判斷威士忌產(chǎn)地和風(fēng)格方面表現(xiàn)出色

為了檢測(cè)NOS.E收集，并處理的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，研究者還使用最先進(jìn)的二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜（GC×GC-ToFMS）分析了威士忌樣品，作為對(duì)照。

他們對(duì)NOS.E測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了3個(gè)維度的檢測(cè)。

第一個(gè)方面是：各個(gè)威士忌樣品是否都能相互分離。NOS.E的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確率如下：

第二個(gè)方面是：判斷各種威士忌樣品的原產(chǎn)地，NOS.E測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確率最高竟達(dá)到100%。

第三方面是：判斷各種威士忌樣品的風(fēng)格，NOS.E測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確率約在82%至94%之間。

作者簡(jiǎn)介

Wentian Zhang，研究論文的第一作者，在山東第一醫(yī)科大學(xué)和澳大利亞悉尼科技大學(xué)任教；主要研究方向是控制工程計(jì)算和醫(yī)學(xué)計(jì)算等。

來(lái)自西安電子科技大學(xué)的Taoping Liu也參與研發(fā)了NOS.E，他博士畢業(yè)于澳大利亞悉尼科技大學(xué)，主要研究方向是控制工程計(jì)算和醫(yī)學(xué)計(jì)算等。

據(jù)悉尼科技大學(xué)的報(bào)告，除了鑒別威士忌，在未來(lái)，NOS.E還可能用于檢測(cè)白蘭地和香水等。

如果這項(xiàng)研究能夠得到推廣應(yīng)用，或許不久的將來(lái)也能用于更多酒類。消費(fèi)者只需拿一個(gè)小小的電子產(chǎn)品，就能輕松判斷一款酒的品類和真假。

嗯，到時(shí)候，中國(guó)的酒友們應(yīng)該不用再擔(dān)心買到假茅臺(tái)了吧~（手動(dòng)狗頭）

論文地址：https://ieeexplore.ieee.org/document/9701291

參考鏈接：[1]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/a-new-electronic-nose-may-help-sniff-out-counterfeit-whiskey-180979931/

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_chromatography