変動強化センシング

変動増強センシング（FES ）は、センサー信号の確率的成分であるノイズを分析する特定のタイプの化学センシングまたは生物センシングである。 ^[1] FESシステムのセンサーに続く段階には通常、確率的信号成分を抽出して増幅するためのフィルターとプリアンプが含まれており、確率的信号成分は通常、センサー信号よりも桁違いに弱い微視的な時間的変動である。次に、増幅されたノイズの選択された統計的特性が分析され、感知されたエージェントの確率的指紋として対応するパターンが生成されます。多くの場合、確率的信号の電力密度スペクトルが出力パターンとして使用されますが、FESは高次統計などのより高度な方法でも有効であることが証明されています。

歴史

1990 年代には、測定されたノイズのスペクトルを使用して周囲の化学状態に関する情報を取得することを提案した著者が数人いました (たとえば、Bruno Neri と同僚の Peter Gottwald および Bela Szentpali)。しかし、FES モードで化学センサーを使用する汎用電子鼻の最初の体系的な提案と、実験的実証を伴う関連する数学的分析は、1999 年にウプサラ大学のLaszlo B. Kish、Robert Vajtai およびCG Granqvist ^[2]によってのみ実行されました。「変動強化センシング」という名前は、公開されたスキームについて知った John Audia (米国海軍) によって 2001 年に作成されました。2003 年、ウクライナ国立科学アカデミーの Bogolyubov 理論物理学研究所の Alexander Vidybida は、臭気の一次受容中の吸着-脱着変動が選択性の向上に使用できることを数学的に証明しました。 ^[3]

長年にわたり、FESは化学および生物システムにおけるさまざまな種類のセンサーやエージェントを用いた多くの研究で開発され、実証されてきました。細菌も、空気中の臭いによって^[4]^[5] 、または液相中の「SEPTIC 」法によってFESによって検出および識別されています。

2006年から2009年にかけて、Signal Processing Inc (Chiman Kwan) は、テキサス A&M 大学(Laszlo B. Kish) およびセゲド大学(Zoltan Gingl およびPeter Heszler ) と共同でポータブル FES デバイスを開発しました。FES を目的とした高次統計の調査は、Janusz Smulkoが主導しました。^[6] SPAWAR (米国海軍) 関連の FES プロジェクトは、Gabor Schmera が主導しました (下記の米国海軍の特許サイトを参照)。

参考文献

^ Robert Mingesz、Zoltan Gingl、Akos Kukovecz、Zoltan Konya、Krisztian Kordas、Hannu Moilanen (2011)。「リアルタイム変動強化センシングのためのコンパクトな USB 測定および分析システム」。2011第21回国際ノイズおよび変動会議。第 21 巻。pp. 385–388。arXiv : 1102.2446。doi : 10.1109/ ICNF.2011.5994350。ISBN 978-1-4577-0189-4. S2CID 41705045。
^ Kish L、Vajtai R、Granqvist C (2000 年 11 月)。「化学センサーのノイズスペクトルから情報を抽出する: 単一センサーの電子鼻と舌」(PDF)。センサーとアクチュエーター B: 化学。71 (1–2): 55–59。doi : 10.1016 / S0925-4005 (00)00586-4。
^ Vidybida, AK (2003). 「吸着-脱着ノイズは選択性の向上に利用できる」.センサーとアクチュエーター A:Physical . 107 (3): 233–237. arXiv : physics/0212088 . doi :10.1016/S0924-4247(03)00355-8. S2CID 9340741.
^ Hung-Chih Chang; LB Kish; MD King; C. Kwan (2009). 「変動強化型細菌臭気感知」arXiv : 0901.3100 [physics.ins-det].
^ Chang, Hung-Chih; Kish, Laszlo; King, Maria; Kwan, Chiman (2010 年 1 月 5 日). 「変動強化センシングにおけるバイナリ指紋」.センサー. 10 (1): 361–373. arXiv : 0912.5212 . Bibcode :2010Senso..10..361C. doi : 10.3390/s100100361 . PMC 3270846. PMID 22315545 .
^ LB Kish; G. Schmera; C. Kwan; J. Smulko; P. Heszler; CG Granqvist (2007). MacUcci, Massimo; Vandamme, Lode K.; Ciofi, Carmine; Weissman, Michael B. (編). 「変動強化センシング」. SPIE Proceedings . 回路、デバイス、および材料におけるノイズと変動. 6600 : 66000V. arXiv : 0705.0160 . Bibcode :2007SPIE.6600E..0VK. doi :10.1117/12.726838. S2CID 119601788.

外部リンク

テキサス A&M 大学の FES ウェブサイト。
米海軍のウェブサイトにある 3 件の FES 関連特許の概要。

[1] Robert Mingesz、Zoltan Gingl、Akos Kukovecz、Zoltan Konya、Krisztian Kordas、Hannu Moilanen (2011)。「リアルタイム変動強化センシングのためのコンパクトな USB 測定および分析システム」。2011第21回国際ノイズおよび変動会議。第 21 巻。pp. 385–388。arXiv : 1102.2446。doi : 10.1109/ ICNF.2011.5994350。ISBN 978-1-4577-0189-4. S2CID 41705045。

[2] Kish L、Vajtai R、Granqvist C (2000 年 11 月)。「化学センサーのノイズスペクトルから情報を抽出する: 単一センサーの電子鼻と舌」(PDF)。センサーとアクチュエーター B: 化学。71 (1–2): 55–59。doi : 10.1016 / S0925-4005 (00)00586-4。

[3] Vidybida, AK (2003). 「吸着-脱着ノイズは選択性の向上に利用できる」.センサーとアクチュエーター A:Physical . 107 (3): 233–237. arXiv : physics/0212088 . doi :10.1016/S0924-4247(03)00355-8. S2CID 9340741.

[4] Hung-Chih Chang; LB Kish; MD King; C. Kwan (2009). 「変動強化型細菌臭気感知」arXiv : 0901.3100 [physics.ins-det].

[5] Chang, Hung-Chih; Kish, Laszlo; King, Maria; Kwan, Chiman (2010 年 1 月 5 日). 「変動強化センシングにおけるバイナリ指紋」.センサー. 10 (1): 361–373. arXiv : 0912.5212 . Bibcode :2010Senso..10..361C. doi : 10.3390/s100100361 . PMC 3270846. PMID 22315545 .

[6] LB Kish; G. Schmera; C. Kwan; J. Smulko; P. Heszler; CG Granqvist (2007). MacUcci, Massimo; Vandamme, Lode K.; Ciofi, Carmine; Weissman, Michael B. (編). 「変動強化センシング」. SPIE Proceedings . 回路、デバイス、および材料におけるノイズと変動. 6600 : 66000V. arXiv : 0705.0160 . Bibcode :2007SPIE.6600E..0VK. doi :10.1117/12.726838. S2CID 119601788.