Odor sensing, feature extraction and its classification by machine learning and fabrication of small and lightweight e-noses

• Project/Area Number: 20K11888
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 61010:Perceptual information processing-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 大松 繁 広島大学, デジタルものづくり教育研究センター, 特任教授 (30035662)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: ニオイ計測 / ニオイデータベース / ニオイ情報処理 / ニオイ識別 / ニオイ識別機の小型化 / ニオイ識別機の軽量化 / ニオイ識別の高精度化 / ニオイセンサ / ニオイ識別器の小型軽量化 / 機械学習 / ニオイ識別器 / ニオイ情報の体系化

Outline of Research at the Start

人間の五感情報の１つである嗅覚情報は人間生活に必要な要素である。本研究は、ニオイセンサーの開発およびニオイ計測とそのデータベースの構築および機械学習によるニオイの特徴量抽出とニオイ識別を行う。さらに、ニオイ識別器の作成とその小型軽量化と高機能化を図り、ニオイ情報の体系化を行うことである。
本研究を遂行することによって、これまであまり研究されなかった嗅覚情報処理に関する本格的な研究が始まることが期待できる

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、酸化還元反応の原理に基づいて設計された半導体ガスセンサによるニオイセンサを用いて、人工知能の助けを借りてニオイ識別の精度向上を図るものである。多数のニオイセンサを並列に配置し、それらのニオイセンサからの出力値を計測可能とするニオイ計測回路を設計した。とくに、体臭など比較的分かり易いニオイのみならず、人間の鼻では検出が困難な物質に対してもニオイ検出が可能なニオイ計測回路を設計した。その計測回路から得られるニオイデータを格納するニオイデータベースを構築し、データベースから得られたニオイデータを用いてニオイ識別を行なった。
まず、初年度に購入したパソコンとニオイ計測回路とのインターフェースを作製し、様々なニオイに対するデータベースを構築した。また、体臭や人間に心地よく感じられるニオイデータに対する脳波計測も同時に行い、ニオイデータと脳波との関連性についても考察した。さらに、ニオイデータベースに格納されたニオイデータに人工知能を活用したニオイ識別を行った。また、持ち運びを容易にすることができる小型軽量なニオイ識別機を作製し、それを用いたニオイ識別の精度について考察した。
その結果、口臭および体臭のニオイに対する識別精度は、人間が検知可能なレベルと略同等の認識精度を達成することができた。しかも濃度レベルが比較的低いニオイに対しては、人間よりも僅かではあるが短時間で識別結果を提供できることが示された。
今後、ニオイ識別装置の更なる小型軽量化および識別精度の向上を図ることで、実用に供することが可能な口臭識別機のみならず体臭や悪臭の定量化を行うことが達成できると思われる。

Research Products

• [Journal Article] 油圧ショベルの時系列データを用いた故障予知の研究 (2022)
  • Author(s): 小熊 尚太、大松 繁、大野 修一、岩崎 和宏
  • Journal Title: システム制御情報学会論文誌 Volume: 35
• [Journal Article] A hybrid lightweight system for early attack detection in the IoMT fog (2021)
  • Author(s): S.S.Hameed, A.Selamat, L.A.Latiff, S. A. Razak, O. Krejcar, H.Fujita, M. N. A. Sharif and S. Omatu
  • Journal Title: Sensors Volume: 24 Issue: 24 Pages: 1-24
  • DOI: 10.3390/s21248289
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Failure Prediction based on Operational Data of Hydraulic Excavator with Machine Learning (2021)
  • Author(s): Shota Oguma，Shigeru Omatsu，Shuichi Ohno，Kazuhiro Iwasaki，Yoshiaki Shishido
  • Journal Title: IEEJ Trans. on Electrical and Electronic Engineering Volume: 16 Issue: 10 Pages: 1438-1440
  • DOI: 10.1002/tee.23443
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 建設機械の稼働データを活用した残存耐用時間予測の一提案 (2021)
  • Author(s): 小熊尚太、大松繁、大野修一、岩崎和宏、宍戸義昭
  • Journal Title: システム制御情報学会論文誌 Volume: 34 Pages: 107-112
  • NAID: 130008065203
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A route selection approach for variable data transmission in wireless sensor networks (2020)
  • Author(s): Aarti Jain, Manju Khari, Elena Verdu, Shigeru Omatsu, Ruben Gonzalez Crespo
  • Journal Title: Cluster Computing Volume: online: 27 April 2020 Issue: 3 Pages: 1697-1709
  • DOI: 10.1007/s10586-020-03115-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 機械学習によるニオイ識別技術を応用した体臭判定装置の製品化 (2021)
  • Author(s): 大松 繁, 木下 拓矢, 山本 透
  • Organizer: 令和３年電気学会全国大会
  • Invited
• [Presentation] 機械学習による匂い情報処理 (2021)
  • Author(s): 大松 繁
  • Organizer: 電気学会スマートシステムと計測・制御技術
  • Invited
• [Presentation] スペクトルバンド画像による真偽識別の高精度化 (2021)
  • Author(s): 大松 繁
  • Organizer: LED総合フォーラム2021 in 徳島
  • Invited
• [Presentation] ニオイ情報の知的処理 (2021)
  • Author(s): 大松 繁、木下拓矢、山本透
  • Organizer: 電気学会全国大会
  • Invited
• [Presentation] 紙幣識別の知的高度化 (2020)
  • Author(s): 大松 繁、木下拓矢、山本透
  • Organizer: システム制御情報学会（SCI20）
• [Presentation] 油圧ショベルの時系列データを使った故障予知方法の一提案 (2020)
  • Author(s): 小熊尚太，大松繁，大野修一，岩崎和宏，亀山浩行
  • Organizer: システム制御情報学会（SCI20）
• [Presentation] 機械学習による匂い情報処理 (2020)
  • Author(s): 大松 繁、木下拓矢、山本透
  • Organizer: 電気学会研究会
  • Invited
• [Presentation] Intelligent detection of fake bills using spectral image (2020)
  • Author(s): Shigeru Omatsu, Takuya Kinoshita, Toru Yamamoto
  • Organizer: SICE International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Book] 人工知能を用いた五感・認知機能の可視化とメカニズム解明 (2021)
  • Author(s): 大松 繁（分筆）
  • Total Pages: 533
  • Publisher: (株) 情報技術協会
  • ISBN: 9784861048494
• [Book] においのセンシング、分析とその可視化、数値化 (2021)
  • Author(s): 大松 繁（分筆）
  • Total Pages: 543
  • Publisher: (株) 情報技術協会
  • ISBN: 9784861048371
• [Book] においのセンシング、分析とその可視化、数値化 (2020)
  • Author(s): 大松 繁
  • Publisher: (株)技術情報協会
  • ISBN: 9784861048104
• [Patent(Industrial Property Rights)] ニオイ可視化装置 (2020)
  • Inventor(s): 大松繁、秋山博
  • Industrial Property Rights Holder: 大松繁、秋山博
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020
  • Acquisition Date: 2020