«Умный нос» определяет людей по их дыханию и заменит отпечатки пальцев

Электронный носИсследователи разработали обонятельный сенсор для биометрической аутентификации с помощью дыхания

Дата: 22 июня 2022 г.

Источник: Университет Кюсю (Япония)

 

Исследователи разработали «искусственный нос», который может идентифицировать человека по его дыханию. Система обонятельных сенсоров, состоящая из 16-канальных датчиков, способных определять различные соединения, содержащиеся в дыхании человека, может стать ещё одним инструментом биометрической безопасности. В сочетании с машинным обучением “искусственный нос” смог идентифицировать до 20 человек со средней точностью более 97%.

 

Биометрическая аутентификация, такая как сканирование отпечатков пальцев и радужной оболочки глаза, является неотъемлемой частью любого шпионского фильма, а попытки обойти эти меры безопасности часто являются основной темой сюжета. Но в наши дни эта технология не ограничивается шпионами, поскольку проверка отпечатков пальцев и распознавание лиц стали обычными функциями многих наших телефонов.

Теперь исследователи разработали новый «пахучий вариант» для набора инструментов биометрической безопасности: Ваше Дыхание Your Breath»). В докладе, опубликованном в журнале Chemical Communications, исследователи из Института химии и инженерии материалов Университета Кюсю в сотрудничестве с Токийским университетом разработали обонятельный сенсор, способный идентифицировать человека по анализу соединений, содержащихся в его дыхании.

Электронный Нос 1
Фото 1: Лабораторная система и обонятельный сенсор. Сначала испытуемые дышат в мешок для сбора воздуха. Затем мешок подключается к обонятельному датчику, который анализирует соединения, обнаруженные в дыхании человека. На основе концентрации соединений система машинного обучения идентифицирует человека.

В сочетании с машинным обучением этот “искусственный нос“, созданный на основе 16-канального сенсорного массива, смог идентифицировать до 20 человек со средней точностью более 97%.

В наш век информации и технологий биометрическая аутентификация является важнейшим способом защиты ценных активов. Существует множество биометрических данных, которые могут быть использованы машинами для идентификации личности: от обычных отпечатков пальцев, отпечатков ладоней, голоса и лица до менее распространённых вариантов – ушной акустики и вены на пальцах.

“Эти методы основаны на физической уникальности каждого человека, но они не являются надёжными. Физические характеристики могут быть скопированы или даже нарушены в результате травмы”, – объясняет Чайянут Джирайупат, первый автор исследования. “В последнее время человеческий запах становится новым классом биометрической аутентификации, по сути, используя ваш уникальный химический состав для подтверждения того, кто вы есть”.

Одним вариантом исследований был «чрескожный газ» – соединения, выделяемые вашей кожей. Однако этот метод имеет свои ограничения, поскольку кожа не производит достаточно высокой концентрации летучих соединений, чтобы машины могли их обнаружить.

Поэтому команда решила посмотреть, можно ли вместо этого использовать дыхание человека.

“Концентрация летучих соединений на коже может достигать нескольких частей на миллиард или триллион, в то время как концентрация соединений, выдыхаемых при дыхании, может достигать нескольких частей уже на один миллион”, – продолжает Джирайупат. “Фактически, дыхание человека уже используется для определения наличия у него рака, диабета и даже COVID-19”.

Команда начала с анализа дыхания испытуемых, чтобы выяснить, какие соединения можно использовать для биометрической аутентификации. В общей сложности 28 соединений были признаны жизнеспособными.

Электронный Нос 2
Фото 2: Вид обонятельного сенсорного датчика в руках исследователя.

На основе этого они разработали обонятельный сенсорный массив с 16 каналами, каждый из которых мог идентифицировать определённый диапазон соединений. Затем данные сенсора были переданы в систему машинного обучения для анализа состава дыхания каждого человека и разработки профиля, который будет использоваться для идентификации личности.

Протестировав систему на образцах дыхания шести человек, исследователи обнаружили, что она может идентифицировать людей со средней точностью 97,8%. Такой высокий уровень точности сохранялся даже при увеличении объёма выборки до 20 человек.

“Это была разнообразная группа людей разного возраста, пола и национальности. Отрадно видеть такую высокую точность по всем показателям”, – объясняет Такеши Янагида, возглавлявший исследование.

Тем не менее, он признает, что необходимо ещё поработать, прежде чем эта технология появится на вашем следующем смартфоне.

“В этой работе мы требовали от наших испытуемых шестичасового голодания перед тестированием”, – заключает Янагида. “Мы разработали хорошую основу. Следующим шагом будет усовершенствование этой методики, чтобы она работала независимо от диеты. К счастью, наше нынешнее исследование показало, что добавление большего количества датчиков и сбор большего количества данных могут преодолеть это препятствие”.

Источник Университет Кюсю (Япония)